DE60320403T2

DE60320403T2 - Tintenstrahlkopf und Tintenstrahldrucker

Info

Publication number: DE60320403T2
Application number: DE2003620403
Authority: DE
Inventors: Atsuo Sakaida; Takeshi Asano; Atsushi Hirota
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2002-02-20
Filing date: 2003-02-20
Publication date: 2008-07-31
Anticipated expiration: 2023-02-21
Also published as: JP2003311959A; JP4147969B2; DE60306824T2; CN1275771C; EP1510343B1; DE60320403D1; DE60306824D1; EP1338419B1; EP1510343A3; EP1338419A1; CN1442302A; EP1510343A2

Description

1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Tintenstrahlkopf zum Drucken durch Ausspritzen von Tinte auf ein Druckmedium.
2. Beschreibung des Standes der Technik
In einem Tintenstrahldrucker verteilt ein Tintenstrahlkopf Tinte, die aus einem Tintentank zugeführt wird, zu Druckkammern. Der Tintenstrahlkopf legt selektiv Druck an jede Druckkammer an, um Tinte durch eine Düse auszuspritzen. Als ein Mittel zum selektiven Anlegen von Druck an die Druckkammern kann eine Betätigungseinheit verwendet werden, in der keramische piezoelektrische Lagen laminiert sind.
Um ein Beispiel zu nennen, ist ein Tintenstrahlkopf dieser Art bekannt, der eine einzelne Betätigungseinheit aufweist, in der kontinuierliche flache piezoelektrische Lagen, die sich über mehrere Druckkammern erstrecken, laminiert sind und wenigstens eine der piezoelektrischen Lagen zwischen einer gemeinsamen Elektrode, die von vielen Druckkammern gemeinsam genutzt wird und auf dem Erdungspotenzial gehalten wird, und vielen einzelnen Elektroden, d. h. Ansteuerungselektroden, die an Positionen, die den jeweiligen Druckkammern entsprechen, angeordnet sind, eingeschlossen ist (siehe US-Patent Nr. 5,402,159 ). Der Teil der piezoelektrischen Lage, der zwischen den einzelnen Elektroden und der gemeinsamen Elektrode eingeschlossen ist und in seiner Dicke polarisiert ist, wird in seiner Dickenrichtung als eine aktive Schicht durch den sogenannten piezoelektrischen Längseffekt expandiert oder kontrahiert, wenn an eine einzelne Elektrode auf einer Seite der Lage ein anderes Potenzial angelegt wird als an die gemeinsame Elektrode auf der anderen Seite. Dadurch ändert sich das Volumen der entsprechenden Druckkammer, so dass Tinte durch eine Düse, die mit der Druckkammer in strömungsmäßiger Verbindung steht, in Richtung eines Druckmediums ausgespritzt wird.
Um bei einem solchen Tintenstrahlkopf gute Tintenausspritzergebnisse zu erreichen, muss die Betätigungseinheit präzise an einer Durchgangseinheit dergestalt positioniert werden, dass die einzelnen Elektroden sich in vorgegebenen Positionen befinden müssen, die in einer Draufsicht den jeweiligen Druckkammern entsprechen.
In vielen Fällen wird ein solcher Tintenstrahlkopf, wie er oben beschrieben ist, aufgrund verschiedener Fertigungsbeschränkungen in der folgenden Weise hergestellt. Das heißt, die Durchgangseinheit, in der Tintendurchgänge, die Druckkammern enthalten, ausgebildet sind, wird von der Betätigungseinheit separat hergestellt. Die Durchgangseinheit wird dann mit einem Klebstoff an die Betätigungseinheit so angeklebt, dass sich die Druckkammern nahe der Betätigungseinheit befinden. Bei diesem Klebevorgang wird eine Markierung auf der Durchgangseinheit mit einer Markierung auf der Betätigungseinheit in Übereinstimmung gebracht.
Im Allgemeinen jedoch werden die piezoelektrischen Lagen der Betätigungseinheit mittels eines Sinterprozesses hergestellt, während die Durchgangseinheit mit Metallfolien laminiert wird. Darum ist die Positionsgenauigkeit der Elektroden umso geringer, je größer die piezoelektrischen Lagen sind. Je länger der Kopf ist, desto schwieriger wird der Positionierungsprozess zwischen den Druckkammern in der Durchgangseinheit und den einzelnen Elektroden in der Betätigungseinheit. Infolge dessen kann es sein, dass der Produktionsertrag der Köpfe verringert wird.
Andererseits ist die Betätigungseinheit eine teure winzige Komponente, und weil sie aus Keramik besteht, ist sie sehr spröde. Besonders bei der Betätigungseinheit, die eine polygonale Form aufweist, brechen leicht die Ecken ab. Der Bruchverlust ist eine Ursache für einen Anstieg der Fertigungskosten. Des Weiteren muss die Betätigungseinheit sehr behutsam gehandhabt werden, damit keine Ecke gegen eine andere Komponente stößt. Dadurch wird die Montage des Tintenstrahlkopfes schwierig.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Tintenstrahlkopfes, bei dem eine Betätigungseinheit nur schwer zerbrochen werden kann.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Tinten-strahlkopf vorgesehen mit einer Durchgangseinheit mit Druck-kammern, die jeweils mit einer Düse zum Ausstoßen von Tinte verbunden sind. Die Mehrzahl von Druckkammern ist entlang ei-ner Ebene so angeordnet, dass sie einander benachbart sind. Der Tintenstrahlkopf weist weiter eine Betätigungseinheit auf, die an einer Oberfläche der Durchgangseinheit befestigt ist, zum Verändern des Volumens einer jeden Druckkammer. Die Betä-tigungseinheit ist so gebildet, dass sie sich entlang der Druckkammern erstreckt. Die Betätigungseinheit enthält Druk-kerzeugungsabschnitte entsprechend zu den entsprechenden Druckkammern. Die Betätigungseinheit weist ihr Profil mit fünf oder mehr geraden Abschnitten auf. Jeder gerade Abschnitt ist mit einem benachbarten geraden Abschnitt an einem rechten Win-kel oder einem stumpfen Winkel verbunden.
Bei diesem Merkmal wird die Betätigungseinheit kaum beim Her-stellen des Tintenstrahlkopfes gebrochen, indem jede Ecke der Betätigungseinheit in einem rechten Winkel oder einem stumpfen Winkel gebildet ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Andere und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen hervor, in denen Folgendes zu sehen ist:
1 ist eine allgemeine Ansicht eines Tintenstrahldruckers, der Tintenstrahlköpfe enthält.
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Tintenstrahlkopfes.
3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie III-III in 2.
4 ist eine Draufsicht auf einen Kopfhauptkörper, der in dem Tintenstrahlkopf von 2 enthalten ist.
5 ist eine vergrößerte Ansicht des mit einer Punkt-Strich-Linie umgrenzten Bereichs in 4.
6 ist eine vergrößerte Ansicht des mit einer Punkt-Strich-Linie umgrenzten Bereichs in 5.
7 ist eine teilweise Schnittansicht des Kopfhauptkörpers von 4.
8 ist eine vergrößerte Ansicht des mit einer Ein-Strich-zwei-Punkt-Linie umgrenzten Bereichs in 5.
9 ist eine teilweise auseinandergezogene Ansicht des Kopfhauptkörpers von 4.
10 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines seitlichen Blicks auf den Bereich, der in 7 mit einer Punkt-Strich-Linie umgrenzt ist.
11 ist eine Draufsicht auf einen Kopfhauptkörper, der in einem anderen Tintenstrahlkopf enthalten ist.
12 ist ein Blick von unten auf den Kopfhauptkörper von 11.
13 ist eine Querschnittsansicht des Kopfhauptkörpers von 11.
14 ist eine vergrößerte Ansicht des Bereichs Q, der in 13 mit einer Punkt-Strich-Linie umgrenzt ist.
15 ist eine teilweise Schnittansicht des Kopfhauptkörpers von 11.
16 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die den detaillierten Aufbau einer Betätigungseinheit in dem Kopfhauptkörper von 11 veranschaulicht.
17 ist eine vergrößerte Draufsicht auf eine Betätigungseinheit in dem Kopfhauptkörper von 11.
18 ist eine vergrößerte Draufsicht, die einen Nahtabschnitt zwischen zwei Betätigungseinheiten von 17 zeigt.
19 ist eine vergrößerte Draufsicht auf eine Betätigungseinheit von 18.
20 ist eine vergrößerte Draufsicht, die einen Nahtabschnitt zwischen zwei Betätigungseinheiten von 19 zeigt.
21A ist eine Draufsicht auf einen Kopfhauptkörper, der in einem Tintenstrahlkopf gemäß eines anderen Tintenstrahlkopfes enthalten ist, in dem vier Betätigungseinheiten angeordnet sind.
21B ist eine Draufsicht auf einen Kopfhauptkörper, der in einem Tintenstrahlkopf gemäß eines anderen Tintenstrahlkopfes enthalten ist, in dem vier Betätigungseinheiten angeordnet sind.
22 ist eine Draufsicht auf einen Kopfhauptkörper, der in einem Tintenstrahlkopf gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist.
23 ist ein Blick von unten auf den Kopfhauptkörper von 22.
24 ist eine Querschnittsansicht des Kopfhauptkörpers von 22.
25 ist eine vergrößerte Ansicht des Bereichs E, der in 24 mit einer Punkt-Strich-Linie umgrenzt ist.
26 ist eine teilweise Schnittansicht des Kopfhauptkörpers von 22.
27 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die den detaillierten Aufbau einer Betätigungseinheit in dem Kopfhauptkörper von 22 veranschaulicht.
28A ist eine schematische Ansicht, die das Profil ei ner Betätigungseinheit veranschaulicht, die in dem Kopfhauptkörper von 22 enthalten ist.
28B ist eine schematische Ansicht, die das Profil einer Betätigungseinheit als eine Modifizierung veranschaulicht.
29A ist eine Draufsicht auf eine Modifizierung des Kopfhauptkörpers von 22, der heptagonale Betätigungseinheiten enthält.
29B ist eine Draufsicht auf eine Betätigungseinheit, die in dem Kopfhauptkörper von 29A enthalten ist.
30A ist eine Draufsicht auf eine weitere Modifizierung des Kopfhauptkörpers von 22, der oktagonale Betätigungseinheiten enthält.
30B ist eine Draufsicht auf eine Betätigungseinheit, die in dem Kopfhauptkörper von 30A enthalten ist.
31A ist eine Draufsicht auf eine weitere Modifizierung des Kopfhauptkörpers von 22, die teilweise gerundete Betätigungseinheiten enthält.
31B ist eine Draufsicht auf eine Betätigungseinheit, die in dem Kopfhauptkörper von 31A enthalten ist.
32 ist eine schematische Ansicht eines hauptsächlichen Teils eines Tintenstrahldruckers.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Zuerst wird zum Verständnis von Tintenstrahlköpfen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein Tintenstrahlkopf anhand der 1 bis 10 beschrieben. 1 ist eine allgemeine Ansicht eines Tintenstrahldruckers, der Tintenstrahlköpfe enthält. Der in 1 veranschaulichte Tintenstrahldrucker 101 ist ein Farbtintenstrahldrucker mit vier Tintenstrahlköpfen 1. In diesem Drucker 101 sind eine Papierzuführeinheit 111 und eine Papierausgabeeinheit 112 in einem linken bzw. einem rechten Abschnitt von 1 angeordnet.
In dem Drucker 101 erstreckt sich ein Papiertransportpfad von der Papierzuführeinheit 111 zu der Papierausgabeeinheit 112. Ein Paar Zuführwalzen 105a und 105b ist der Papierzuführeinheit 111 unmittelbar nachgeordnet, um ein Papier als ein Bildaufzeichnungsmedium zu ergreifen und vorwärts zu transportieren. Mittels des Paares Zuführwalzen 105a und 105b wird das Papier von der linken zur rechten Seite in 1 transportiert. In der Mitte des Papiertransportpfades sind zwei Bandumlaufwalzen 106 und 107 und ein Endlostransportband 108 angeordnet. Das Transportband 108 läuft um die Bandumlaufwalzen 106 und 107 herum und erstreckt sich zwischen ihnen. Die Außenseite, d. h. die Transportseite, des Transportbandes 108 ist mit Silikon behandelt. Somit kann ein Papier, das durch das Paar Zuführwalzen 105a und 105b hindurchgeführt wird, auf der Transportseite des Transportbandes 108 mittels der Adhäsion der silikonbehandelten Seite gehalten werden. In diesem Zustand wird das Papier stromabwärts (nach rechts) transportiert, indem eine Bandwalze 106 in der Uhrzeigerrichtung in 1 angetrieben wird (der Richtung, die durch einen Pfeil 104 bezeichnet ist).
Andruckelemente 109a und 109b sind an Positionen zum Zuführen eines Papiers auf die Bandwalze 107 bzw. zum Herunternehmen des Papiers von der Bandwalze 106 angeordnet. Jedes der Andruckelemente 109a und 109b dient dem Andrücken des Papiers auf die Transportseite des Transportbandes 108, damit sich das Papier nicht von der Transportseite des Trans portbandes 108 lösen kann. Somit haftet das Papier sicher an der Transportseite.
Eine Ablösevorrichtung 110 ist entlang des Papiertransportpfades dem Transportband 108 unmittelbar nachgeordnet. Die Ablösevorrichtung 110 löst das Papier, das an der Transportseite des Transportbandes 108 anhaftet, von der Transportseite, um das Papier in Richtung der rechtsseitigen Papierausgabeeinheit 112 zu transportieren.
Jeder der vier Tintenstrahlköpfe 1 hat an seinem unteren Ende einen Kopfhauptkörper 1a. Jeder Kopfhauptkörper 1a hat einen rechteckigen Querschnitt. Die Kopfhauptkörper 1a sind dicht beieinander angeordnet, wobei die Längsachse jedes Kopfhauptkörpers 1a senkrecht zur Papiertransportrichtung (senkrecht zur 1) verläuft. Das heißt, dieser Drucker 101 ist ein Zeilendrucker. Der Boden jedes der vier Kopfhauptkörper 1a ist dem Papiertransportpfad zugewandt. Im Boden jedes Kopfhauptkörpers 1a befinden sich eine Anzahl Düsen, die jeweils eine Tintenausspritzöffnung mit einem kleinen Durchmesser aufweisen. Die vier Kopfhauptkörper 1a spritzen Tinte der Farben Magenta, Gelb, Cyan bzw. Schwarz aus.
Die Kopfhauptkörper 1a sind so angeordnet, dass ein schmaler Freiraum zwischen der Unterseite jedes Kopfhauptkörpers 1a und der Transportseite des Transportbandes 108 entsteht. Der Papiertransportpfad verläuft innerhalb des Freiraums. Bei diesem Aufbau werden – während ein Papier, das durch das Transportband 108 transportiert wird, unmittelbar unter den vier Kopfhauptkörpern 1a der Reihe nach vorbeigeführt wird – die jeweiligen Farbtinten durch die entsprechenden Düsen in Richtung der Oberseite, d. h. der Druckseite, des Papiers ausgespritzt, um ein gewünschtes Farbbild auf dem Papier herzustellen.
Der Tintenstrahldrucker 101 ist mit einer Wartungseinheit 117 für eine automatische Wartung der Tintenstrahlköpfe 1 ausgestattet. Die Wartungseinheit 117 enthält vier Kappen 116 zum Bedecken der Unterseiten der vier Kopfhauptkörper 1a sowie ein nicht-veranschaulichtes Reinigungssystem.
Während der Tintenstrahldrucker 101 druckt, befindet sich die Wartungseinheit 117 in einer Position unmittelbar unter der Papierzuführeinheit 117 (Rückzugsposition). Wenn nach Beendigung des Druckvorgangs eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist (wenn zum Beispiel ein Zustand, in dem kein Druckvorgang ausgeführt wird, für einen vorgegebenen Zeitraum fortbesteht oder wenn der Drucker 101 ausgeschaltet wird), so bewegt sich die Wartungseinheit 117 in eine Position unmittelbar unter den vier Kopfhauptkörpern 1a (Kappenposition), in der die Wartungseinheit 117 die Unterseiten der Kopfhauptkörper 1a mit den jeweiligen Kappen 116 bedeckt, um zu verhindern, dass Tinte in den Düsen der Kopfhauptkörper 1a antrocknet.
Die Bandumlaufwalzen 106 und 107 und das Transportband 108 werden von einem Tragrahmen 113 getragen. Der Tragrahmen 113 befindet sich auf einem zylindrischen Element 115, das unter dem Tragrahmen 113 angeordnet ist. Das zylindrische Element 115 kann sich um eine Welle 114 drehen, die an einer Position angeordnet ist, die von der Mitte des zylindrischen Elements 115 abweicht. Somit kann durch Drehen der Welle 114 die Höhe des obersten Abschnitts des zylindrischen Elements 115 verändert werden, um den Tragrahmen 113 entsprechend nach oben oder unten zu bewegen. Wenn die Wartungseinheit 117 aus der Rückzugsposition in die Kappenposition bewegt wird, so muss das zylindrische Element 115 zuvor um einen vorgegebenen Winkel gedreht worden sein, um das Transportband 108 und die Bandumlaufwalzen 106 und 107 um eine notwendige Distanz aus der in 1 veranschaulichten Position abwärts zu bewegen. Dadurch wird Platz für die Bewegung der Wartungseinheit 117 gewährleistet.
In dem von dem Transportband 108 umgebenen Bereich ist eine nahezu rechteckige parallelflachförmige Führung 121 (deren Breite im Wesentlichen gleich der Breite des Transportbandes 108 entspricht) an einer Position angeordnet, die den Tintenstrahlköpfen 1 gegenüberliegt. Die Führung 121 befindet sich in Kontakt mit der Unterseite des oberen Teils des Transportbandes 108, um den oberen Teil des Transportbandes 108 von innen her zu stützen.
Als nächstes wird der Aufbau jedes Tintenstrahlkopfes 1 genauer beschrieben. 2 ist eine perspektivische Ansicht des Tintenstrahlkopfes 1. 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie III-III in 2. Wenden wir uns den 2 und 3 zu. Der Tintenstrahlkopf 1 enthält einen Kopfhauptkörper 1a, der eine – von oben gesehen – rechteckige Form aufweist und sich in einer Richtung (der Hauptabtastrichtung) erstreckt, und einen Basisabschnitt 131 zum Tragen des Kopfhauptkörpers 1a. Der Basisabschnitt 131, der den Kopfhauptkörper 1a trägt, trägt des Weiteren Ansteuerungs-ICs 132 zum Zuführen von Ansteuerungssignalen zu einzelnen Elektroden 35a und 35b (siehe 6 und 10) sowie Substrate 133.
Wenden wir uns 2 zu. Der Basisabschnitt 131 besteht aus einem Basisblock 138, der teilweise an die Oberseite des Kopfhauptkörpers 1a gebondet ist, um den Kopfhauptkörper 1a zu tragen, und einem Halter 139, der an die Oberseite des Basisblocks 138 gebondet ist, um den Basisblock 138 zu tragen. Der Basisblock 138 ist ein nahezu rechteckiges quaderförmiges Element mit im Wesentlichen der gleichen Länge wie der Kopfhauptkörper 1a. Der Basisblock 138, der aus einem metallischen Material wie zum Beispiel Edelstahl hergestellt ist, dient als eine leichte Struktur zum Verstärken des Halters 139. Der Halter 139 besteht aus einem Halterhauptkörper 141, der nahe dem Kopfhauptkörper 1a angeordnet ist, und einem Paar Haltertragabschnitten 142, von denen sich jeder auf der Seite des Halterhauptkörpers 141 erstreckt, die dem Kopfhauptkörper 1a gegenüberliegt. Jeder Haltertragabschnitt 142 ist als ein flaches Element konfiguriert. Diese Haltertragabschnitte 142 erstrecken sich in der Längsrichtung des Halterhauptkörpers 141 und sind parallel zueinander in einem vorgegebenen Abstand angeordnet.
Paarweise vorhandene, abwärts gerichtete Einfassungsabschnitte 141a sind in beiden Endabschnitten des Halterhauptkörpers 141a in einer Unterabtastrichtung (senkrecht zur Hauptabtastrichtung) angeordnet. Jeder Einfassungsabschnitt 141a erstreckt sich über die gesamte Länge des Halterhauptkörpers 141. Infolge dessen wird in dem unteren Abschnitt des Halterhauptkörpers 141 durch das Paar Einfassungsabschnitte 141a eine nahezu rechteckige parallelflachförmige Rinne 141b gebildet. Der Basisblock 138 ist in der Rinne 141b aufgenommen. Die Oberseite des Basisblocks 138 ist am Boden der Rinne 141b des Halterhauptkörpers 141 mit einem Klebstoff angeklebt. Der Basisblock 138 ist ein wenig dicker, als die Rinne 141b des Halterhauptkörpers 141 tief ist. Infolge dessen ragt das untere Ende des Basisblocks 138 nach unten über die Einfassungsabschnitte 141a hinaus.
Innerhalb des Basisblocks 138 ist – als ein Durchgang für Tinte, die dem Kopfhauptkörper 1a zuzuführen ist – ein Tintenreservoir 3 als ein nahezu rechteckiger quaderförmiger Raum (Hohlraum) ausgebildet, der sich in der Längsrichtung des Basisblocks 138 erstreckt. In der Unterseite 145 des Basisblocks 138 sind Öffnungen 3b (siehe 4) ausgebildet, die jeweils mit dem Tintenreservoir 3 in strömungsmäßiger Verbindung stehen. Das Tintenreservoir 3 ist über eine nicht-veranschaulichte Zufuhrröhre mit einem nicht-veranschaulichten Haupttintentank (Tintenzufuhrquelle) innerhalb des Druckerhauptkörpers verbunden. Somit wird dem Tintenreservoir 3 zweckmäßigerweise Tinte vom Haupttintentank zugeführt.
An der Unterseite 145 des Basisblocks 138 ragt die unmittelbare Umgebung jeder Öffnung 3b von dem umgebenden Abschnitt nach unten hervor. Der Basisblock 138 steht mit einer Durchgangseinheit 4 (siehe 3) des Kopfhauptkörpers 1a an dem einzigen unmittelbaren Umgebungsabschnitt 145a jeder Öffnung 3b der Unterseite 145 in Kontakt. Somit ist der Bereich der Unterseite 145 des Basisblocks 138 mit Ausnahme des unmittelbaren Umgebungsabschnitts 145a jeder Öffnung 3b von dem Kopfhauptkörper 1a beabstandet. Betätigungseinheiten 21 sind in einer Entfernung angeordnet.
An der äußeren Seitenfläche jedes Haltertragabschnitts 142 des Halters 139 ist ein Ansteuerungs-IC 132 mit einem elastischen Element 137, wie zum Beispiel einem dazwischen befindlichen Schwamm, befestigt. Ein Wärmeableiter 134 ist in engem Kontakt mit der äußeren Seitenfläche des Ansteuerungs-IC 132 angeordnet. Der Wärmeableiter 134 besteht aus einem nahezu rechteckigen quaderförmigen Element zum effizienten Abstrahlen von Wärme, die in dem Ansteuerungs-IC 132 entsteht. Eine flexible gedruckte Schaltung (FGS) 136, die als ein Stromversorgungselement fungiert, ist mit dem Ansteuerungs-IC 132 verbunden. Die mit dem Ansteuerungs-IC 132 verbundene FGS 136 ist an das entsprechende Substrat 133 und den Kopfhauptkörper 1a angelötet und elektrisch mit ihnen verbunden. Das Substrat 133 ist außerhalb der FGS 136 über dem Ansteuerungs-IC 132 und dem Wärmeableiter 134 angeordnet. Die Oberseite des Wärmeableiters 134 ist mit einem Versiegelungselement 149 an das Substrat 133 gebondet. Außerdem ist die Unterseite des Wärmeableiters 134 mit einem Versiegelungselement 149 an die FGS 136 gebondet.
Zwischen der Unterseite jedes Einfassungsabschnitts 141a des Halterhauptkörpers 141 und der Oberseite der Durchgangseinheit 4 ist ein Versiegelungselement 150 angeordnet, so dass die FGS 136 dazwischenliegt. Die FGS 136 ist durch das Versiegelungselement 150 an der Durchgangseinheit 4 und dem Halterhauptkörper 141 befestigt. Darum kann selbst bei einem länglichem Kopfhauptkörper 1a verhindert werden, dass der Kopfhauptkörper 1a durchgebogen wird; es kann verhindert werden, dass der Verbindungsabschnitt zwischen jeder Betätigungseinheit und der FGS 136 mechanischen Spannungen ausgesetzt wird, und die FGS 136 kann sicher gehalten werden.
Wenden wir uns 2 zu. In der unmittelbaren Umgebung jeder unteren Ecke des Tintenstrahlkopfes 1 entlang der Hauptabtastrichtung sind sechs hervorstehende Abschnitte 30a in regelmäßigen Abständen entlang der entsprechenden Seitenwand des Tintenstrahlkopfes 1 angeordnet. Diese hervorstehenden Abschnitte 30a befinden sich an beiden Enden in der Unterabtastrichtung einer Düsenplatte 30 in der untersten Schicht des Kopfhauptkörpers 1a (siehe 7A und 7B). Die Düsenplatte 30 ist entlang der Grenzlinie zwischen jedem hervorstehenden Abschnitt 30a und dem anderen Abschnitt um etwa 90 Grad gebogen. Die hervorstehenden Abschnitte 30a befinden sich an Positionen, die den unmittelbaren Umgebungen der beiden Enden verschiedener zu bedruckender Papierblätter entsprechen. Jeder gebogene Abschnitt der Düsenplatte 30 hat eine Form, die nicht rechtwinklig, sondern gerundet ist. Diese Konfiguration erschwert es einem Papier, hängen zu bleiben, d. h. sich zu verklemmen, wozu es kommen kann, weil die Vorderkante des Papiers, das an den Kopf 1 herantransportiert wurde, gegen die Seitenfläche des Kopfes 1 stößt.
4 ist eine schematische Draufsicht auf den Kopfhauptkörper 1a. In 4 ist ein Tintenreservoir 3, das in dem Basisblock 138 ausgebildet ist, phantomhaft mit einer durchbrochenen Linie veranschaulicht. Wenden wir uns 4 zu. Der Kopfhauptkörper 1a hat – von oben betrachtet – eine rechteckige Form, die sich in einer Richtung (der Hauptabtastrichtung) erstreckt. Der Kopfhauptkörper 1a enthält eine Durchgangseinheit 4, in der eine große Anzahl von Druck kammern 10 und eine große Anzahl von Tintenausspritzöffnungen 8 an den vorderen Enden der Düsen (für beide siehe 5, 6 und 7) ausgebildet sind, wie weiter unten noch beschrieben wird. Trapezartige Betätigungseinheiten 21, die zickzackartig in zwei Reihen angeordnet sind, sind auf die Oberseite der Durchgangseinheit 4 gebondet. Jede Betätigungseinheit 21 ist so angeordnet, dass ihre parallelen gegenüberliegenden Seiten (Ober- und Unterseite) in der Längsrichtung der Durchgangseinheit 4 verlaufen. Die schrägen Seiten aller benachbarten Betätigungseinheiten 21 überlappen sich in der seitlichen Richtung der Durchgangseinheit 4.
Die Unterseite der Durchgangseinheit 4, die dem gebondeten Bereich jeder Betätigungseinheit 4 entspricht, wird zu einem Tintenausspritzbereich gemacht. In der Oberfläche jedes Tintenausspritzbereichs sind eine große Anzahl von Tintenausspritzöffnungen 8 in einer Matrix angeordnet, wie weiter unten noch beschrieben wird. In dem Basisblock 138, der über der Durchgangseinheit 4 angeordnet ist, ist ein Tintenreservoir 3 in der Längsrichtung des Basisblocks 138 ausgebildet. Das Tintenreservoir 3 steht mit einem (nicht-veranschaulichten) Tintentank über eine Öffnung 3a, die in einem Ende des Tintenreservoirs 3 ausgebildet ist, so in strömungsmäßiger Verbindung, dass das Tintenreservoir 3 immer mit Tinte gefüllt ist. In dem Tintenreservoir 3 sind Paare von Öffnungen 3b in Bereichen, in denen es keine Betätigungseinheit 21 gibt, so angeordnet, dass sie zickzackartig in der Längsrichtung des Tintenreservoirs 3 verlaufen.
5 ist eine vergrößerte Ansicht des mit einer Punkt-Strich-Linie umgrenzten Bereichs in 4. Wenden wir uns den 4 und 5 zu. Das Tintenreservoir 3 steht über jede Öffnung 3b mit einem Verteilerkanal 5, der unter der Öffnung 3b angeordnet ist, in strömungsmäßiger Verbindung. Jede Öffnung 3b ist mit einem (nicht-veranschaulichten) Filter versehen, um in der Tinte enthaltenen Staub und Schmutz aufzufangen. Der Vorderendabschnitt jedes Verteilerkanals 5 verzweigt sich in zwei Unterverteilerkanäle 5a. Unter einer einzelnen Betätigungseinheit 21 erstrecken sich zwei Unterverteilerkanäle 5a von jeder der zwei Öffnungen 3b auf beiden Seiten der Betätigungseinheit 21 in der Längsrichtung des Tintenstrahlkopfes 1. Das heißt, unter der einzelnen Betätigungseinheit 21 erstrecken sich insgesamt vier Unterverteilerkanäle 5a in der Längsrichtung des Tintenstrahlkopfes 1. Jeder Unterverteilerkanal 5a ist mit Tinte gefüllt, die aus dem Tintenreservoir 3 herangeführt wird.
6 ist eine vergrößerte Ansicht des mit einer Punkt-Strich-Linie umgrenzten Bereichs in 5. Wenden wir uns den 5 und 6 zu. Auf der Oberseite jeder Betätigungseinheit 21 sind einzelne Elektroden 35a, die jeweils – von oben betrachtet – eine nahezu rhombische Form haben, regelmäßig in einer Matrix angeordnet. Außerdem sind einzelne Elektroden 35b mit der gleichen Form wie die einzelnen Elektroden 35a in der Betätigungseinheit 21 so angeordnet, dass sie die jeweiligen einzelnen Elektroden 35a überlappen. Eine große Anzahl von Tintenausspritzöffnungen 8 sind regelmäßig in einer Matrix in der Oberfläche des Tintenausspritzbereichs entsprechend der Betätigungseinheit 21 der Durchgangseinheit 4 angeordnet. In der Durchgangseinheit 4 sind Druckkammern (Hohlräume) 10, die – von oben betrachtet – jeweils eine nahezu rhombische Form aufweisen, die ein wenig größer ist als die der einzelnen Elektroden 35a und 35b, regelmäßig in einer Matrix angeordnet. Darüber hinaus sind in der Durchgangseinheit 4 auch noch Öffnungen 12 regelmäßig in einer Matrix angeordnet. Diese Druckkammern 10 und Öffnungen 12 stehen mit den entsprechenden Tintenausspritzöffnungen 8 in strömungsmäßiger Verbindung. Die Druckkammern 10 sind an Positionen angeordnet, die den jeweiligen einzelnen Elektroden 35a und 35b entsprechend. Von oben betrachtet, ist der große Teil der einzelnen Elektro den 35a und 35b in einem Bereich der entsprechenden Druckkammer 10 enthalten. In den 5 und 6 sind – zur besseren Verständlichkeit der Zeichnungen – die Druckkammern 10, die Öffnungen 12 usw. mit durchgezogenen Linien veranschaulicht, obgleich sie mit durchbrochenen Linien veranschaulicht sein sollten, weil sie sich innerhalb der Betätigungseinheit 21 oder der Durchgangseinheit 4 befinden.
7 ist eine teilweise Schnittansicht des Kopfhauptkörpers 1a von 4 in der Längsrichtung einer Druckkammer. Wie aus 7 zu ersehen ist, ist jede Tintenausspritzöffnung 8 am vorderen Ende einer verjüngten Düse ausgebildet. Jede Tintenausspritzöffnung 8 steht über eine Druckkammer 10 (Länge: 900 μm, Breite: 350 μm) und eine Öffnung 12 mit einem Unterverteilerkanal 5a in strömungsmäßiger Verbindung. Somit sind innerhalb des Tintenstrahlkopfes 1 Tintendurchgänge 32 ausgebildet, die sich jeweils von einem Tintentank über ein Tintenreservoir 3, einen Verteilerkanal 5, einen Unterverteilerkanal 5a, eine Öffnung 12 und eine Druckkammer 10 zu einer Tintenausspritzöffnung 8 erstrecken.
Wenden wir uns 7 zu. Die Druckkammer 10 und die Öffnung 12 sind auf verschiedenen Ebenen angeordnet. Darum kann in dem Abschnitt der Durchgangseinheit 4, der dem Tintenausspritzbereich unter einer Betätigungseinheit 21 entspricht, eine Öffnung 12, die mit einer einzelnen Druckkammer 10 in strömungsmäßiger Verbindung steht, innerhalb des gleichen Abschnitts – von oben gesehen – angeordnet sein wie eine Druckkammer 10, die sich neben der Druckkammer 10 befindet, die mit der Öffnung 12 in strömungsmäßiger Verbindung steht. Infolge dessen kann – weil die Druckkammern 10 mit einer hohen Dichte nahe beieinander angeordnet werden können – ein Bilddruck mit hoher Auflösung mittels eines Tintenstrahlkopfes 1 mit einem relativ kleinen Belegungsbereich realisiert werden.
In der Ebene der 5 und 6 sind Druckkammern 10 innerhalb eines Tintenausspritzbereichs in zwei Richtungen angeordnet, und zwar einer Richtung in der Längsrichtung des Tintenstrahlkopfes 1 (erste Anordnungsrichtung) und einer Richtung, die ein wenig schräg zu der seitlichen Richtung des Tintenstrahlkopfes 1 verläuft (zweite Anordnungsrichtung). Die erste und die zweite Anordnungsrichtungen bilden einen Winkel δ, der ein wenig kleiner als der rechte Winkel ist. Die Tintenausspritzöffnungen 8 sind in der ersten Anordnungsrichtung mit 50 dpi (dots per inch) angeordnet. Die Druckkammern 10 hingegen sind in der zweiten Anordnungsrichtung dergestalt angeordnet, dass der Tintenausspritzbereich, der einer einzelnen Betätigungseinheit 21 entspricht, zwölf Druckkammern 10 enthält. Darum gibt es innerhalb der gesamten Breite des Tintenstrahlkopfes 1 in einem Bereich des Raumes zwischen zwei Tintenausspritzöffnungen 8, die in der ersten Anordnungsrichtung nebeneinander liegen, zwölf Tintenausspritzöffnungen 8. An beiden Enden jedes Tintenausspritzbereichs in der ersten Anordnungsrichtung (entsprechend einer schrägen Seite der Betätigungseinheit 21) wird die obige Bedingung erfüllt, indem man eine Kompensationsbeziehung zu dem Tintenausspritzbereich herstellt, welcher der gegenüberliegenden Betätigungseinheit 21 in der seitlichen Richtung des Tintenstrahlkopfes 1 entspricht. Darum kann man in dem Tintenstrahlkopf 1 durch Ausspritzen von Tintentröpfchen der Reihe nach durch eine große Anzahl von Tintenausspritzöffnungen 8, die in der ersten und der zweiten Richtung angeordnet sind, bei relativer Bewegung eines Papiers in der seitlichen Richtung des Tintenstrahlkopfes 1 einen Druck mit 600 dpi in der Hauptabtastrichtung ausführen.
Als nächstes wird der Aufbau der Durchgangseinheit 4 eingehender anhand von 8 beschrieben. 8 ist eine schematische Ansicht, welche die Positionsbeziehung zwischen jeder Druckkammer 10, jeder Tintenausspritzöffnung 8 und jeder Öffnung (jedem beschränktem Durchgang) 12 zeigt. Wenden wir uns 8 zu. Druckkammern 10 sind in Reihen in der ersten Anordnungsrichtung in vorgegebenen Abständen mit 500 dpi angeordnet. Zwölf Reihen von Druckkammern 10 sind in der zweiten Anordnungsrichtung angeordnet. Insgesamt sind die Druckkammern 10 in dem Tintenausspritzbereich, der einer einzelnen Betätigungseinheit 21 entspricht, zweidimensional angeordnet.
Die Druckkammern 10 sind in zwei Arten klassifiziert, und zwar Druckkammern 10a, in denen jeweils eine Düse mit dem oberen spitzwinkligen Abschnitt in 8 verbunden ist, und Druckkammern 10b, in denen jeweils eine Düse mit dem unteren spitzwinkligen Abschnitt verbunden ist. Die Druckkammern 10a und 10b sind in der ersten Anordnungsrichtung zu Druckkammerreihen 11a bzw. 11b angeordnet. Wenden wir uns 8 zu. In dem Tintenausspritzbereich, der einer einzelnen Betätigungseinheit 21 entspricht, sind – von der unteren Seite von 8 – ausgehend zwei Druckkammerreihen 11a und zwei Druckkammerreihen 11b angeordnet, die sich neben der oberen Seite der Druckkammerreihen 11a befinden. Die vier Druckkammerreihen aus den zwei Druckkammerreihen 11a und den zwei Druckkammerreihen 11b bilden eine Gruppe von Druckkammerreihen. Eine solche Gruppe von Druckkammerreihen ist – ausgehend von der unteren Seite in dem Tintenausspritzbereich, der einer einzelnen Betätigungseinheit 21 entspricht – wiederholt dreimal angeordnet. Eine gerade Linie, die durch den oberen spitzwinkligen Abschnitt jeder Druckkammer in jeder Druckkammerreihe 11a und 11b verläuft, kreuzt die untere schräge Seite jeder Druckkammer in der Druckkammerreihe neben der oberen Seite dieser Druckkammerreihe.
Wie oben beschrieben, sind – wenn man senkrecht auf 8 blickt – zwei erste Druckkammerreihen 11a und zwei Druckkammerreihen 11b, in denen mit Druckkammern 10 verbundene Düsen an verschiedenen Positionen angeordnet sind, im Wech sel nebeneinander angeordnet. Folglich sind – insgesamt betrachtet – die Druckkammern 10 regelmäßig angeordnet. Andererseits sind Düsen in einem zentralen Bereich jeder Gruppe von Druckkammerreihen, die durch die oben erwähnten vier Druckkammerreihen gebildet wird, konzentriert angeordnet. In dem Fall, dass jeweils vier Druckkammerreihen eine Gruppe von Druckkammerreihen bilden und eine solche Gruppe von Druckkammerreihen – ausgehend von der unteren Seite, wie oben beschrieben – wiederholt dreimal angeordnet ist, entsteht somit ein düsenfreier Bereich in der unmittelbaren Umgebung der Grenze zwischen jeweils benachbarten Gruppen von Druckkammerreihen, d. h. auf beiden Seiten jeder Gruppe von Druckkammerreihen, die aus vier Druckkammerreihen besteht. Breite Unterverteilerkanäle 5a erstrecken sich dort zum Zuführen von Tinte zu den entsprechenden Druckkammern 10. In diesem Tintenstrahlkopf sind in dem Tintenausspritzbereich, der einer einzelnen Betätigungseinheit 21 entspricht, insgesamt vier breite Unterverteilerkanäle 5a in der ersten Anordnungsrichtung angeordnet, und zwar einer auf der unteren Seite von 8, einer zwischen der untersten Gruppe von Druckkammerreihen und der zweit-untersten Gruppe von Druckkammerreihen und zwei auf beiden Seiten der obersten Gruppe von Druckkammerreihen.
Wenden wir uns 8 zu. Düsen, die mit Tintenausspritzöffnungen 8 zum Ausspritzen von Tinte in strömungsmäßiger Verbindung stehen, sind in der ersten Anordnungsrichtung in regelmäßigen Abständen von 50 dpi so angeordnet, dass sie den jeweiligen Druckkammern 10 entsprechen, die in der ersten Anordnungsrichtung regelmäßig angeordnet. Andererseits – während zwölf Druckkammern 10 auch in der zweiten Anordnungsrichtung regelmäßig angeordnet sind und einen Winkel θ zu der ersten Anordnungsrichtung bilden – enthalten zwölf Düsen, die den zwölf Druckkammern 10 entsprechen, solche, die jeweils mit dem oberen spitzwinkligen Abschnitt der entsprechenden Druckkammer 10 in strömungsmäßiger Verbindung stehen, und solche, die jeweils mit dem unteren spitz winkligen Abschnitt der entsprechenden Druckkammer 10 in strömungsmäßiger Verbindung stehen, weshalb sie in der zweiten Anordnungsrichtung nicht regelmäßig in regelmäßigen Abständen angeordnet sind.
Wenn alle Düsen mit den auf derselben Seite befindlichen spitzwinkligen Abschnitten der jeweiligen Druckkammern 10 in strömungsmäßiger Verbindung stehen, so sind die Düsen auch in der zweiten Anordnungsrichtung in regelmäßigen Abständen regelmäßig angeordnet. In diesem Fall sind die Düsen so angeordnet, dass sie sich in der ersten Anordnungsrichtung um eine Distanz verschieben, die einer Druckauflösung von 600 dpi je Druckkammerreihe – von der unteren Seite zur oberen Seite von 8 – entspricht. Ganz anders ist in diesem Tintenstrahlkopf – weil vier Druckkammerreihen aus zwei Druckkammerreihen 11a und zwei Druckkammerreihen 11b eine Gruppe von Druckkammerreihen bilden und eine solche Gruppe von Druckkammerreihen – ausgehend von der unteren Seite – wiederholt dreimal angeordnet ist – die Verschiebung der Düsenposition in der ersten Anordnungsrichtung je Druckkammerreihe von der unteren Seite zur oberen Seite von 8 nicht immer die gleiche.
Es wird ein Bandbereich R in dem Tintenstrahlkopf 1 besprochen, der eine Breite (etwa 508,0 μm), die 50 dpi entspricht, in der ersten Anordnungsrichtung hat und sich senkrecht zu der ersten Anordnungsrichtung erstreckt. In diesem Bandbereich R enthält jede von zwölf Druckkammerreihen nur eine einzige Düse. Das heißt, wenn ein solcher Bandbereich R an einer optionalen Position in dem Tintenausspritzbereich, der einer einzelnen Betätigungseinheit 21 entspricht, definiert wird, so sind immer zwölf Düsen in dem Bandbereich R verteilt. Die Positionen von Punkten, die jeweils durch Projizieren der zwölf Düsen auf eine gerade Linie erhalten werden, die sich in der ersten Anordnungsrichtung erstreckt, sind voneinander um eine Distanz entfernt, die einer Druckauflösung von 600 dpi entspricht.
Wenn die in einem einzelnen Bandbereich R enthaltenen zwölf Düsen – von einer Düse ausgehend, deren Bild, das auf eine gerade Linie projiziert wird, die sich in der ersten Anordnungsrichtung erstreckt, am weitesten links liegt – der Reihe nach mit (1) bis (12) bezeichnet werden, so die zwölf Düsen in der Reihenfolge (1), (7), (2), (8), (5), (11), (6), (12), (9), (3), (10) und (4) – von der unteren Seite ausgehend – angeordnet.
In dem auf diese Weise aufgebauten Tintenstrahlkopf 1 kann durch richtiges Ansteuern der aktiven Schichten in der Betätigungseinheit 21 ein Buchstabe oder eine Zahl, eine Figur oder dergleichen mit einer Auflösung von 600 dpi hergestellt werden. Das heißt, indem man selektiv aktive Schichten entsprechend den zwölf Druckkammerreihen der Reihe nach in Abstimmung auf den Transport eines Druckmediums ansteuert, kann ein bestimmter Buchstabe, eine bestimmte Zahl oder eine bestimmte Figur auf das Papier gedruckt werden.
Es wird beispielhaft ein Fall beschrieben, bei dem eine gerade Linie, die sich in der ersten Anordnungsrichtung erstreckt, mit einer Auflösung von 600 dpi gedruckt wird. Zuerst wird kurz ein Fall beschrieben, bei dem Düsen mit den auf derselben Seite befindlichen spitzwinkligen Abschnitten von Druckkammern 10 in strömungsmäßiger Verbindung stehen. In diesem Fall beginnt – in Abstimmung auf den Transport eines Papiers – die Tintenausspritzung mit einer Düse in der untersten Druckkammerreihe in 8. Die Tintenausspritzung verschiebt sich dann aufwärts, wobei eine Düse ausgewählt wird, die der Reihe nach zu der oberen benachbarten Druckkammerreihe gehört. Dadurch werden der Reihe nach Tintenpunkte in der ersten Anordnungsrichtung gebildet, die mit 600 dpi nebeneinander liegen. Schließlich bilden alle Tintenpunkte eine gerade Linie, die sich in der ersten Anordnungsrichtung mit einer Auflösung von 600 dpi erstreckt.
Andererseits beginnt bei diesem Tintenstrahlkopf die Tintenausspritzung mit einer Düse in der untersten Druckkammerreihe 11a in 8, und die Tintenausspritzung verschiebt sich dann aufwärts, wobei eine Düse, die der Reihe nach mit der oberen benachbarten Druckkammerreihe in strömungsmäßiger Verbindung steht, in Abstimmung auf den Transport eines Druckmediums ausgewählt wird. In dieser Ausführungsform jedoch sind – weil die Positionsverschiebung von Düsen in der ersten Anordnungsrichtung je Druckkammerreihe von der unteren Seite zu der oberen Seite nicht immer die gleiche ist – Tintenpunkte, die der Reihe nach in der ersten Anordnungsrichtung in Abstimmung auf den Transport eines Druckmediums gebildet werden, nicht in regelmäßigen Abständen von 600 dpi angeordnet.
Genauer gesagt, wird – wie in 8 gezeigt, und in Abstimmung auf den Transport eines Druckmediums – Tinte zuerst durch eine Düse (1), die mit der untersten Druckkammerreihe 11a in 8 in strömungsmäßiger Verbindung steht, ausgespritzt, um auf dem Druckmedium eine Punktreihe in Abständen zu bilden, die 50 dpi (etwa 508,0 μm) entsprechen. Anschließend wird – während das Druckmedium transportiert wird und die Position beim Ausbilden der geraden Linie die Position einer Düse (7) erreicht hat, die mit der zweit-untersten Druckkammerreihe 11a in strömungsmäßiger Verbindung steht – Tinte durch die Düse (7) ausgespritzt. Der zweite Tintenpunkt wird dadurch an einer Position gebildet, die von der ersten gebildeten Punktposition in der ersten Anordnungsrichtung um eine Distanz des Sechsfachen des Abstandes verschoben ist, die 600 dpi entspricht (etwa 42,3 μm) (etwa 42,3 μm × 6 = etwa 254,0 μm).
Wenn dann das Druckmedium weiter transportiert wird und die Position beim Ausbilden der geraden Linie die Position einer Düse (2), die mit der dritt-untersten Druckkammerreihe 11b in strömungsmäßiger Verbindung steht, erreicht hat, so wird Tinte durch die Düse (2) ausgespritzt. Der dritte Tintenpunkt wird dadurch an einer Position gebildet, die von der ersten gebildeten Punktposition in der ersten Anordnungsrichtung um eine Distanz des Abstandes, der 600 dpi (etwa 42,3 μm) entspricht, verschoben ist. Wenn dann das Druckmedium weiter transportiert wird und die Position beim Ausbilden der geraden Linie die Position einer Düse (8), die mit der viert-untersten Druckkammerreihe 11b in strömungsmäßiger Verbindung steht, erreicht hat, so wird Tinte durch die Düse (8) ausgespritzt. Der vierte Tintenpunkt wird dadurch an einer Position gebildet, die von der ersten gebildeten Punktposition in der ersten Anordnungsrichtung um eine Distanz des Siebenfachen des Abstandes verschoben ist, der 600 dpi (etwa 42,3 μm) (etwa 42,3 μm × 7 = etwa 296,3 μm) entspricht. Wenn dann das Druckmedium weiter transportiert wird und die Position beim Ausbilden der geraden Linie die Position einer Düse (5), die mit der fünftuntersten Druckkammerreihe 11a in strömungsmäßiger Verbindung steht, erreicht hat, so wird Tinte durch die Düse (5) ausgespritzt. Der fünfte Tintenpunkt wird dadurch an einer Position gebildet, die von der ersten gebildeten Punktposition in der ersten Anordnungsrichtung um eine Distanz des Vierfachen des Abstandes verschoben ist, der 600 dpi (etwa 42,3 μm) (etwa 42,3 μm × 4 = etwa 169,3 μm) entspricht.
Danach werden in der gleichen Weise Tintenpunkte ausgebildet, wobei Düsen ausgewählt werden, die mit Druckkammern 10 der Reihe nach von der unteren Seite zu der oberen Seite in 8 in strömungsmäßiger Verbindung stehen. Wenn in diesem Fall die Zahl einer Düse in 8 gleich N ist, so wird ein Tintenpunkt an einer Position gebildet, die von der ersten gebildeten Punktposition in der ersten Anordnungsrichtung um eine Distanz verschoben ist, die (Vergrößerung n = N – 1) × (Abstand, der 600 dpi entspricht) entspricht. Wenn die zwölf Düsen schließlich ausgewählt wurden, so wird die Lücke zwischen den Tintenpunkten, die durch die Düsen (1) in den untersten Druckkammerreihen 11a in 8 in einem Abstand, der 50 dpi (etwa 508,0 μm) entspricht, zu bilden sind, mit elf Punkten ausgefüllt, die in Abständen, die 600 dpi (etwa 42,3 μm) entsprechen, gebildet werden. Darum kann insgesamt eine gerade Linie, die sich in der ersten Anordnungsrichtung erstreckt, mit einer Auflösung von 600 dpi gezogen werden.
Als nächstes wird der Schnittaufbau des Tintenstrahlkopfes 1 beschrieben. 9 ist eine teilweise auseinandergezogene Ansicht des Kopfhauptkörpers 1a von 4. 10 ist eine vergrößerte Schnittansicht bei seitlichem Blick auf den Bereich, der in 7 mit einer Punkt-Strich-Linie umgrenzt ist. Wenden wir uns den 7 und 9 zu. Ein Hauptabschnitt an der Unterseite des Tintenstrahlkopfes 1 hat einen Schichtaufbau, der aus insgesamt zehn laminierten Lagen Material besteht, und zwar von oben her: eine Betätigungseinheit 21, eine Hohlraumplatte 22, eine Basisplatte 23, eine Öffnungsplatte 24, eine Zufuhrplatte 25, Verteilerplatten 26, 27 und 28, eine Deckplatte 29 und eine Düsenplatte 30. Von diesen bilden neun Platten – mit Ausnahme der Betätigungseinheit 21 – eine Durchgangseinheit 4.
Wie weiter unten noch näher beschrieben wird, ist die Betätigungseinheit 21 aus fünf piezoelektrische Lagen 41 bis 45 laminiert (siehe 10) und ist so mit Elektroden versehen, dass nur die oberste Schicht und die zweite Schicht neben der obersten Schicht Abschnitte enthalten, die aktiv sind, wenn ein elektrisches Feld angelegt wird (im Weiteren einfach als "Schicht mit aktiven Schichten (aktiven Abschnitten)" bezeichnet), und die übrigen drei Schichten sind inaktiv. Die Hohlraumplatte 22 besteht aus Metall, in dem eine große Anzahl von im Wesentlichen rhombischen Öffnungen ausgebildet sind, die den jeweiligen Druckkammern 10 entsprechen. Die Basisplatte 23 besteht aus Metall, in dem ein Strömungsloch zwischen jeder Druckkammer 10 der Hohlraumplatte 22 und der entsprechenden Öffnung 12 und ein Strömungsloch zwischen der Druckkammer 10 und der entspre chenden Tintenausspritzöffnung 8 ausgebildet sind. Die Öffnungsplatte 24 besteht aus Metall, in dem – zusätzlich zu Öffnungen 12 – Strömungslöcher zum Verbinden jeder Druckkammer 10 der Hohlraumplatte 22 mit der entsprechenden Tintenausspritzöffnung 8 ausgebildet sind. Die Zufuhrplatte 25 besteht aus Metall, in dem Strömungslöcher zwischen jeder Öffnung 12 und dem entsprechenden Unterverteilerkanal 5a und Strömungslöcher zum Verbinden jeder Druckkammer 10 der Hohlraumplatte 22 mit der entsprechenden Tintenausspritzöffnung 8 ausgebildet sind. Jede der Verteilerplatten 26, 27 und 28 besteht aus Metall, das einen oberen Abschnitt jedes Unterverteilerkanals 5a definiert und in dem Strömungslöcher zum Verbinden jeder Druckkammer 10 der Hohlraumplatte 22 mit der entsprechenden Tintenausspritzöffnung 8 ausgebildet sind. Die Deckplatte 29 besteht aus Metall, in dem Strömungslöcher zum Verbinden jeder Druckkammer 10 der Hohlraumplatte 22 mit der entsprechenden Tintenausspritzöffnung 8 ausgebildet sind. Die Düsenplatte 30 besteht aus Metall, in dem verjüngte Tintenausspritzöffnungen 8, die jeweils als eine Düse fungieren, für die jeweiligen Druckkammern 10 der Hohlraumplatte 22 ausgebildet sind.
Diese zehn Lagen 21 bis 30 werden in Schichten gelegt, die zueinander so positioniert sind, dass ein Tintendurchgang 32 gebildet wird, wie er in 6 veranschaulicht ist. Der Tintendurchgang 32 erstreckt sich zuerst von dem Unterverteilerkanal 5a aufwärts, erstreckt sich dann horizontal in der Öffnung 12, erstreckt sich dann weiter aufwärts, erstreckt sich dann wieder horizontal in der Druckkammer 10, erstreckt sich dann schräg nach unten in einer bestimmten Länge von der Öffnung 12 weg und erstreckt sich dann vertikal abwärts in Richtung der Tintenausspritzöffnung 8.
Wenden wir uns 10 zu. Die Betätigungseinheit 21 enthält fünf piezoelektrische Lagen 41, 42, 43, 44 und 45 mit der gleichen Dicke von etwa 15 μm. Diese piezoelektrischen Lagen 41 bis 45 sind zu einer kontinuierlichen geschichte ten flachen Platte (kontinuierliche flache Schichten) geformt, die so angeordnet ist, dass sie sich über viele Druckkammern 10 erstreckt, die innerhalb eines einzelnen Tintenausspritzbereichs in dem Tintenstrahlkopf 1 ausgebildet sind. Weil die piezoelektrischen Lagen 41 to 45 so angeordnet sind, dass sie sich über viele Druckkammern 10 als die kontinuierlichen flachen Schichten erstrecken, können die einzelnen Elektroden 35a und 35b mit einer hohen Dichte zum Beispiel mittels einer Siebdrucktechnik angeordnet werden. Darum können auch die Druckkammern 10, die an Positionen ausgebildet sind, die den einzelnen Elektroden 35a und 35b entsprechen, mit einer hohen Dichte angeordnet werden. Dadurch wird der Druck eines Bildes mit hoher Auflösung möglich. In dieser Ausführungsform besteht jede der piezoelektrischen Lagen 41 bis 45 aus einem Keramikmaterial auf Blei-Zirkonat-Titanat (PZT)-Basis, das Ferroelektrizität aufweist.
Zwischen der obersten piezoelektrischen Lage 41 und der piezoelektrischen Lage 42, die sich in Abwärtsrichtung neben der piezoelektrischen Lage 41 befindet, ist eine etwa 2 μm dicke gemeinsame Elektrode 34a auf den gesamten Unter- und Oberseiten der piezoelektrischen Lagen ausgebildet. Des Weiteren ist zwischen der piezoelektrischen Lage 43, die sich in Abwärtsrichtung neben der piezoelektrischen Lage 42 befindet, und der piezoelektrischen Lage 44, die sich in Abwärtsrichtung neben der piezoelektrischen Lage 43 befindet, eine etwa 2 μm dicke gemeinsame Elektrode 34b angeordnet, die wie die gemeinsame Elektrode 34a ausgebildet ist. Auf der Oberseite der piezoelektrischen Lage 41 ist eine etwa 1 μm dicke einzelne Elektrode 35a so ausgebildet, dass sie jeder Druckkammer 10 entspricht (siehe 6). Die einzelne Elektrode 35a hat – von oben betrachtet – eine ähnliche Form (Länge: 850 μm, Breite: 250 μm) wie die Druckkammer 10, so dass ein Projektionsbild der einzelnen Elektrode 35a, das entlang der Dickenrichtung der einzelnen Elektrode 35a projiziert wird, in der entsprechenden Druck kammer 10 enthalten ist. Des Weiteren ist zwischen den piezoelektrischen Lagen 42 und 43 eine etwa 2 μm dicke einzelne Elektrode 35b angeordnet, die wie die einzelne Elektrode 35a ausgebildet ist. Zwischen der piezoelektrischen Lage 44, die sich in Abwärtsrichtung neben der piezoelektrischen Lage 43 befindet, und der piezoelektrischen Lage 45, die sich in Abwärtsrichtung neben der piezoelektrischen Lage 44 befindet, sowie auf der Unterseite der piezoelektrischen Lage 45 befindet sich keine Elektrode. Jede der Elektroden 34a, 34b, 35a und 35b besteht zum Beispiel aus einem metallischen Material auf Ag-Pd-Basis.
Die gemeinsamen Elektroden 34a und 34b sind in einem nicht-veranschaulichten Bereich geerdet. Somit werden die gemeinsamen Elektroden 34a und 34b in einem Bereich, der einer beliebigen Druckkammer 10 entspricht, auf dem Erdungspotenzial gehalten. Die einzelnen Elektroden 35a und 35b in jedem Paar, das einer Druckkammer 10 entspricht, stehen unabhängig von einem anderen Paar einzelner Elektroden mit (nicht-veranschaulichten) Anschlussdrähten, die innerhalb der FGS 136 verdrahtet sind, in Kontakt, so dass das Potenzial jedes Paares einzelner Elektroden unabhängig von dem anderen Paar gesteuert werden kann. Die einzelnen Elektroden 35a und 35b sind über die Anschlussdrähte mit dem Ansteuerungs-IC 132 verbunden. In diesem Fall können die einzelnen Elektroden 35a und 35b in jedem Paar, die vertikal angeordnet sind, mit dem Ansteuerungs-IC 132 über dieselbe Anschlussleitung verbunden sein. In einer Modifizierung können viele Paare gemeinsamer Elektroden 34a und 34b, die jeweils eine Form haben, die größer ist als die einer Druckkammer 10, so dass das Projektionsbild jeder gemeinsamen Elektrode, das in der Dickenrichtung der gemeinsamen Elektrode projiziert wird, die Druckkammer enthalten kann, für jede Druckkammer 10 vorhanden sein. In einer weiteren Modifizierung können viele Paare gemeinsamer Elektroden 34a und 34b, die jeweils eine Form haben, die etwas kleiner ist als die einer Druckkammer 10, so dass das Projektionsbild jeder gemeinsamen Elektrode, das in der Dickenrichtung der gemeinsamen Elektrode projiziert wird, in der Druckkammer enthalten sein kann, für jede Druckkammer 10 vorhanden sein. Somit braucht die gemeinsame Elektrode 34a oder 34b nicht immer eine einzelne leitfähige Lage zu sein, die auf der gesamten Fläche einer piezoelektrischen Lage ausgebildet ist. Bei den obigen Modifizierungen müssen jedoch alle gemeinsamen Elektroden elektrisch miteinander verbunden sein, so dass sich der Abschnitt, der einer beliebigen Druckkammer 10 entspricht, auf dem gleichen Potenzial befindet.
In dem Tintenstrahlkopf 1 sind die piezoelektrischen Lagen 41 bis 45 in ihrer Dickenrichtung polarisiert. Das heißt, die Betätigungseinheit 21 hat einen sogenannten unimorphen Aufbau, bei dem die oberen (d. h. von der Druckkammer 10 entfernt gelegenen) drei piezoelektrischen Lagen 41 bis 43 Schichten sind, in denen es aktive Schichten gibt, und die unteren (d. h. nahe der Druckkammer 10 gelegenen) zwei piezoelektrischen Lagen 44 und 45 als inaktive Schichten ausgebildet sind. Wenn die einzelnen Elektroden 35a und 35b in einem Paar auf ein positives oder ein negatives vorgegebenes Potenzial eingestellt sind und wenn zum Beispiel die Polarisation in der gleichen Richtung verläuft wie das elektrische Feld, so fungiert darum der unter dem Einfluss des elektrischen Feldes stehende Abschnitt in den piezoelektrischen Lagen 41 bis 43, der zwischen den gemeinsamen und den einzelnen Elektroden angeordnet ist, als eine aktive Schicht (Druckerzeugungsabschnitt) und zieht sich senkrecht zu der Polarisation durch den transversalen piezoelektrischen Effekt zusammen. Weil andererseits die piezoelektrischen Lagen 44 und 45 nicht durch ein elektrisches Feld beeinflusst werden, ziehen sie sich nicht in sich selbst zusammen. Somit entsteht ein mechanischer Spannungsunterschied senkrecht zur Polarisation zwischen den oberen piezoelektrischen Lagen 41 bis 43 und den unteren piezoelektrischen Lagen 44 und 45. Infolge dessen sind die ge samten piezoelektrischen Lagen 41 bis 45 bereit, sich zu einer konvexen Form in Richtung der inaktiven Seite zu verformen (unimorphe Verformung). Zu diesem Zeitpunkt, wie in 10 veranschaulicht, ist die unterste Seite der piezoelektrischen Lagen 41 bis 45 an der Oberseite der Trennwand (der Hohlraumplatte) 22, die Druckkammern voneinander trennt, fixiert, und infolge dessen verformen sich die piezoelektrischen Lagen 41 bis 45 zu einer konvexen Form in Richtung der Druckkammerseite. Darum wird das Volumen der Druckkammer 10 verringert, um den Druck der Tinte zu erhöhen. Die Tinte wird dadurch durch die Tintenausspritzöffnung 8 ausgespritzt. Danach, wenn die einzelnen Elektroden 35a und 35b auf das gleiche Potenzial wie das der gemeinsamen Elektroden 34a und 34b zurückgeführt werden, kehren die piezoelektrischen Lagen 41 bis 45 zu der ursprünglichen Form zurück, und die Druckkammer 10 kehrt ebenfalls zu ihrem ursprünglichen Volumen zurück. Somit saugt die Druckkammer 10 Tinte durch den Verteilerkanal 5 herein.
In einem weiteren Ansteuerungsverfahren werden alle einzelnen Elektroden 35a und 35b vorher auf ein anderes Potenzial gesetzt als das der gemeinsamen Elektroden 34a und 34b. Wenn eine Ausspritzanforderung ausgegeben wird, so wird das entsprechende Paar einzelner Elektroden 35a und 35b einmal auf das gleiche Potenzial gesetzt wie das der gemeinsamen Elektroden 34a und 34b. Danach wird, mit einem vorgegebenen Timing, das Paar einzelner Elektroden 35a und 35b wieder auf ein anderes Potenzial als das der gemeinsamen Elektroden 34a und 34b gesetzt. In diesem Fall kehren zu dem Zeitpunkt, wenn das Paar einzelner Elektroden 35a und 35b auf das gleiche Potenzial gesetzt wird wie das der gemeinsamen Elektroden 34a und 34b, die piezoelektrischen Lagen 41 bis 45 zu ihren ursprünglichen Formen zurück. Das Volumen der entsprechenden Druckkammer 10 wird dadurch aus seinem anfänglichen Zustand (dem Zustand, in dem sich die Potenziale beider Elektroden voneinander unterscheiden) vergrößert, um Tinte aus dem Verteilerkanal 5 in die Druckkammer 10 zu saugen. Danach verformen sich zu dem Zeitpunkt, an dem das Paar einzelner Elektroden 35a und 35b wieder auf das andere Potenzial im Vergleich zu dem Potenzial der gemeinsamen Elektroden 34a und 34b gesetzt wird, die piezoelektrischen Lagen 41 bis 45 zu einer konvexen Form in Richtung der Druckkammer 10. Das Volumen der Druckkammer 10 wird dadurch verringert, und der Druck der Tinte in der Druckkammer 10 nimmt zu, um die Tinte auszuspritzen.
Wenn andererseits die Polarisation in der umgekehrten Richtung als die Richtung des elektrischen Feldes, das an die piezoelektrischen Lagen 41 bis 43 angelegt wird, erfolgt, so sind die aktiven Schichten in den piezoelektrischen Lagen 41 und 42, die sich zwischen den einzelnen Elektroden 35a und 35b und den gemeinsamen Elektroden 34a und 34b befinden, bereit, sich senkrecht zur Polarisation durch den transversalen piezoelektrischen Effekt zu längen. Infolge dessen verformen sich die piezoelektrischen Lagen 41 bis 45 zu einer konkaven Form in Richtung der Druckkammer 10. Darum wird das Volumen der Druckkammer 10 vergrößert, um Tinte aus dem Verteilerkanal 5 zu saugen. Danach, wenn die einzelnen Elektroden 35a und 35b zu ihrem ursprünglichen Potenzial zurückkehren, kehren auch die piezoelektrischen Lagen 41 bis 45 zu ihrer ursprünglichen flachen Form zurück. Die Druckkammer 10 kehrt dadurch zu ihrem ursprünglichen Volumen zurück, um Tinte durch die Tintenausspritzöffnung 8 auszuspritzen.
Als nächstes wird ein Herstellungsverfahren für den Tintenstrahlkopf 1 beschrieben.
Zur Herstellung des Tintenstrahlkopfes 1 werden eine Durchgangseinheit 4 und jede Betätigungseinheit 21 separat parallel hergestellt, und dann werden beide miteinander verbondet. Zur Herstellung der Durchgangseinheit 4 wird jede Platte 22 bis 30, aus der die Durchgangseinheit 4 bestehen soll, unter Verwendung eines strukturierten Photoresist als Maske geätzt, wodurch Öffnungen, wie sie in den 7 und 9 veranschaulicht sind, in den jeweiligen Platten 22 bis 30 ausgebildet werden. Danach werden die neun Platten 22 bis 30 dergestalt mit dazwischen aufgebrachten Klebstoffen zu Schichten gelegt, dass Tintendurchgänge 32 darin entstehen. Die neun Platten 22 bis 30 werden dadurch miteinander verbondet, so dass eine Durchgangseinheit 4 entsteht.
Zum Herstellen jeder Betätigungseinheit 21 wird zuerst eine leitfähige Paste, die als einzelne Elektroden 35b fungieren soll, in einem Muster auf eine keramische grüne Lage gedruckt, die als eine piezoelektrischen Lage 43 dienen soll. Parallel dazu werden leitfähige Pasten, die als gemeinsame Elektroden 34a und 34b dienen sollen, in einem Muster auf keramische grüne Lagen gedruckt, die als piezoelektrische Lagen 42 und 44 dienen sollen. Danach werden fünf grüne Lagen, die als piezoelektrischen Lagen 41 bis 45 dienen sollen, zu Schichten gelegt und in eine Spannvorrichtung eingespannt. Der so erhaltene Schichtaufbau wird dann bei einer vorgegebenen Temperatur gebrannt. Danach werden einzelne Elektroden 35a auf der piezoelektrischen Lage 41 des gebrannten Schichtaufbaus ausgebildet. Zum Beispiel können die einzelnen Elektroden 35a in der Weise ausgebildet werden, dass ein leitfähiger Film auf eine gesamte Oberfläche der piezoelektrischen Lage 41 plattiert wird und dann überflüssige Abschnitte des leitfähigen Films mittels Laserstrukturierung abgetragen werden. Alternativ können die einzelnen Elektroden 35a durch Abscheiden eines leitfähigen Films auf der piezoelektrischen Lage 41 mittels PVD (Physical Vapor Deposition) unter Verwendung einer Maske mit Öffnungen an Abschnitten, die den jeweiligen einzelnen Elektroden 35a entsprechen, ausgebildet werden. Bis zu diesem Prozess ist die Herstellung der Betätigungseinheit 21 beendet.
Als nächstes wird die wie oben beschrieben hergestellte Be tätigungseinheit 21 so mit einem Klebstoff an die Durchgangseinheit 4 geklebt, dass die piezoelektrische Lage 45 mit der Hohlraumplatte 22 in Kontakt stehen kann. Zu diesem Zeitpunkt werden beide anhand von Positionsmarkierungen, ie auf der Oberfläche der Hohlraumplatte 22 der Durchgangseinheit 4 bzw. auf der Oberfläche der piezoelektrischen Lage 41 angeordnet sind, miteinander verbondet.
Danach werden Durchgangslöcher ausgebildet, um vertikal angeordnete entsprechende einzelne Elektroden 35a und 35b miteinander zu verbinden. Die Durchgangslöcher werden dann mit einem leitfähigen Material ausgefüllt. Danach wird zum Zweck des Anlegens von elektrischen Signalen an die einzelnen Elektroden 35a und 35b und die gemeinsamen Elektroden 34a und 34b die FGS 136 auf die Bondungspositionen, die den jeweiligen Elektroden auf der Betätigungseinheit 21 entsprechen, angelötet und so elektrisch mit ihnen verbunden. Danach wird die Herstellung des Tintenstrahlkopfes 1 mittels eines vorgegebenen Prozesses vervollständigt.
Wie oben beschrieben, werden im Gegensatz zu den anderen Elektroden die einzigen einzelnen Elektroden 35a nicht mit den Keramikmaterialien zu piezoelektrischen Lagen 41 bis 45 gebrannt. Das hat den Grund, dass, weil die einzelnen Elektroden 35a frei liegen, sie bei hoher Brenntemperatur verdampfen können. Infolge dessen ist es schwierig, ihre Dicke im Vergleich zu den anderen Elektroden 34a, 34b und 35b, die mit Keramikmaterialien überzogen sind, zu steuern. Doch selbst die Dicke der anderen Elektroden 34a, 34b und 35b kann beim Brennen etwas abnehmen. Darum ist es schwierig, sie mit einer geringen Dicke auszubilden, wenn das Beibehalten der Kontinuität nach dem Brennen berücksichtigt wird. Weil im Gegensatz dazu die einzelnen Elektroden 35a nach dem Brennen mittels der oben beschriebenen Technik hergestellt werden, können sie mit einer geringeren Dicke ausgebildet werden als die anderen Elektroden 34a, 34b und 35b. Somit kann bei dem Tintenstrahlkopf 1, wenn die ein zelnen Elektroden 35a in der obersten Schicht mit einer geringeren Dicke ausgebildet werden als die anderen Elektroden 34a, 34b und 35b, die Verformung der piezoelektrischen Lagen 41 bis 43, die aktive Schichten enthalten, kaum durch die einzelnen Elektroden 35a begrenzt werden. Dadurch werden die Effizienzen (elektrische Effizienz und Flächeneffizienz) der Betätigungseinheit 21 verbessert.
Weil in dem Tintenstrahlkopf 1 die piezoelektrischen Lagen 41 bis 43, die aktive Schichten enthalten, und die piezoelektrischen Lagen 44 und 45, die als die inaktiven Schichten fungieren, aus dem gleichen Material bestehen, braucht das Material während des Herstellungsprozesses nicht gewechselt zu werden. Somit lassen sie sich durch einen relativ einfachen Prozess herstellen, der eine Senkung der Herstellungskosten erwarten lässt. Darüber hinaus kann aufgrund der Tatsache, dass jede der piezoelektrischen Lagen 41 bis 43, die aktive Schichten enthalten, und die piezoelektrischen Lagen 44 und 45, die als die inaktiven Schichten fungieren, im Wesentlichen die gleiche Dicke haben, durch die Vereinfachung des Herstellungsprozesses eine weitere Senkung der Kosten angestrebt werden. Das liegt daran, dass die Dickensteuerung problemlos bewerkstelligt werden kann, wenn die Keramikmaterialien, die als die piezoelektrischen Lagen dienen sollen, schichtweise eingesetzt werden.
Des Weiteren werden in dem Tintenstrahlkopf 1 separate Betätigungseinheiten 21, die den jeweiligen Tintenausspritzbereichen entsprechen, so an die Durchgangseinheit 4 gebondet, dass sie in der Längsrichtung der Durchgangseinheit 4 angeordnet sind. Darum kann jede der Betätigungseinheiten 21, die in der Abmessungsgenauigkeit und der Positionsgenauigkeit der einzelnen Elektroden 35a, 35b ungleichmäßig sein könnten, weil sie durch Sintern oder dergleichen hergestellt werden, unabhängig von einer anderen Betätigungseinheit 21 an der Durchgangseinheit 4 positioniert werden.
Somit wird selbst im Fall eines langen Kopfes die Zunahme der Verschiebung jeder Betätigungseinheit 21 von der exakten Position an der Durchgangseinheit 4 eingeschränkt, und beide können präzise zueinander positioniert werden. Darum können selbst im Hinblick auf einzelne Elektroden 35a und 35b, die von einer Markierung relativ entfernt sind, die einzelnen Elektroden 35a und 35b nicht erheblich aus der vorgegebenen Position auf der entsprechenden Druckkammer 10 verschoben werden. Infolge dessen lassen sich gute Tintenausspritzergebnisse erzielen, und der Produktionsertrag der Tintenstrahlköpfe 1 wird deutlich gesteigert. Andererseits, und im Gegensatz zum oben Dargelegten, ist – wenn eine langgeformte Betätigungseinheit 21 wie die Durchgangseinheit 4 hergestellt wird – die Verschiebung der einzelnen Elektroden 35a und 35b von der vorgegebenen Position auf der entsprechenden Druckkammer 10 – von oben betrachtet – umso größer, je weiter die einzelnen Elektroden 35a und 35b von der Markierung entfernt sind, wenn die Betätigungseinheit 21 über die Durchgangseinheit 4 gelegt wird. Infolge dessen werden die Tintenausspritzergebnisse einer Druckkammer 10, die von der Markierung relativ entfernt ist, schlechter, weshalb die Gleichmäßigkeit der Tintenausspritzergebnisse des Tintenstrahlkopfes 1 nicht erreicht wird.
Außerdem kann in dem wie oben beschrieben aufgebauten Tintenstrahlkopf 1 durch Anordnen der piezoelektrischen Lagen 41 bis 43 zwischen den gemeinsamen Elektroden 34a und 34b und den einzelnen Elektroden 35a und 35b das Volumen jeder Druckkammer 10 problemlos durch den piezoelektrischen Effekt verändert werden. Weil des Weiteren jede der piezoelektrischen Lagen 41 bis 43, die aktive Schichten enthalten, die Form einer kontinuierlichen flachen Schicht aufweist, lassen sie sich leicht herstellen.
Des Weiteren weist der Tintenstrahlkopf 1 die Betätigungseinheiten 21 auf, die jeweils einen unimorphen Aufbau ha ben, wobei die piezoelektrischen Lagen 44 und 45 nahe jeder Druckkammer 10 inaktiv sind und die piezoelektrischen Lagen 41 bis 43, die von jeder Druckkammer 10 entfernt angeordnet sind, aktive Schichten enthalten. Darum kann die Änderung des Volumens jeder Druckkammer 10 durch den transversalen piezoelektrischen Effekt verstärkt werden. Infolge dessen kann im Vergleich zu einem Tintenstrahlkopf, bei dem eine Schicht, die aktive Schichten enthält, auf der Seite der Druckkammer 10 angeordnet ist und eine inaktive Schicht auf der gegenüberliegenden Seite angeordnet ist, eine Verringerung der Spannung, die an die einzelnen Elektroden 35a und 35b anzulegen ist, und/oder eine hohe Integration der Druckkammern 10 angestrebt werden. Durch Senken der anzulegenden Spannung kann der Treiber zum Ansteuern der einzelnen Elektroden 35a und 35b kleiner gestaltet werden, und die Kosten können niedrig gehalten werden. Außerdem kann jede Druckkammer 10 kleiner gebaut werden. Des Weiteren kann selbst im Fall einer hohen Integration der Druckkammern 10 eine ausreichende Menge Tinte ausgespritzt werden. Somit kann eine Verkleinerung des Kopfes 1 und eine hochdichte Anordnung von Druckpunkten realisiert werden.
Des Weiteren hat in dem Tintenstrahlkopf 1 jede Betätigungseinheit 21 eine im Wesentlichen trapezartige Form. Die Betätigungseinheiten 21 sind in zwei Reihen zickzackförmig so angeordnet, dass sich die parallelen gegenüberliegenden Seiten jeder Betätigungseinheit 21 in der Längsrichtung der Durchgangseinheit 4 erstrecken und die schrägen Seiten jeder benachbarten Betätigungseinheit 21 einander in der seitlichen Richtung der Durchgangseinheit 4 überlappen. Weil die schrägen Seiten jeder benachbarten Betätigungseinheiten 21 einander auf diese Weise überlappen, können – wenn sich der Tintenstrahlkopf 1 in der seitlichen Richtung des Tintenstrahlkopfes 1 relativ zu einem Druckmedium bewegt – die Druckkammern 10 in der seitlichen Richtung der Durchgangseinheit 4 einander kompensieren. Infolge dessen kann ein kleiner Tintenstrahlkopf 1 mit einer sehr schmalen Breite und gleichzeitig hoch-auflösendem Druck realisiert werden.
Weil des Weiteren viele Druckkammern 10, die nebeneinander liegen, in der Durchgangseinheit 4 in einer Matrix angeordnet sind, können die vielen Druckkammern 10 innerhalb einer relativ geringen Größe mit einer hohen Dichte angeordnet werden.
In dem oben beschriebenen Tintenstrahlkopf 1 sind trapezartige Betätigungseinheiten in zwei Reihen zickzackförmig angeordnet. Aber es braucht nicht jede Betätigungseinheit trapezartig zu sein. Des Weiteren brauchen Betätigungseinheiten auch in nur einer einzigen Reihe in der Längsrichtung der Durchgangseinheit angeordnet zu sein. Betätigungseinheiten können in drei oder mehr Reihen zickzackförmig angeordnet sein.
Als nächstes wird ein Referenzbeispiel nützlich zum Verständnis der vorliegenden Erfindung beschrieben. 11 ist eine Draufsicht auf einen Kopfhauptkörper eines Tintenstrahlkopfes gemäß dieses Beispieles. Bei dem Tintenstrahlkopf und dem Tintenstrahldrucker gemäß dieses Beispieles wird, weil die Teile mit Ausnahme des Kopfhauptkörpers denen der oben beschriebenen Kopfhautkörper ähneln, hier auf deren detaillierte Beschreibung verzichtet.
Wenden wir uns 11 zu. Ein Kopfhauptkörper 201 eines Tintenstrahlkopfes gemäß dieses Beispieles hat – von oben betrachtet – eine rechteckige Form, die sich in einer Richtung (Hauptabtastrichtung) erstreckt. Der Kopfhauptkörper 201 enthält eine Durchgangseinheit 204, in der eine große Anzahl von Druckkammern 210 und eine große Anzahl von Tintenausspritzöffnungen 208 ausgebildet sind, wie weiter unten noch beschrieben wird. Auf die Oberseite der Durchgangseinheit 204 sind zwei parallelogrammförmige Betätigungseinheiten 221 (in 11 sind die rechte und die lin ke mit den Bezugszahlen 221a bzw. 221b bezeichnet) nebeneinander gebondet. Jede Betätigungseinheit 221 ist so angeordnet, dass sich ihre eine Seite B in der Längsrichtung des Kopfhauptkörpers 201 erstreckt. Die benachbarten Betätigungseinheiten 221 sind so angeordnet, dass sie entlang der Breitenrichtung (der Richtung der kürzeren Länge) des Kopfhauptkörpers 201 aufeinander ausgerichtet sind, wobei ihre schrägen Seiten C nahe beieinander liegen. Eine Tintenzufuhröffnung 202 ist in der Oberseite der Durchgangseinheit 204 offen. Die Tintenzufuhröffnung 202 ist über einen (nicht-veranschaulichten) Durchgang mit einer Tintenzufuhrquelle verbunden.
Wenden wir uns 12 zu, die eine Ansicht des Kopfhauptkörpers 201 in einem im Vergleich zu 11 umgekehrten Betrachtungswinkel darstellt (ein Blick von der Druckflächenseite). Zwei parallelogrammförmige Tintenausspritzbereiche R1 sind in der Unterseite der Durchgangseinheit 204 so angeordnet, dass sie den jeweiligen Bereichen entsprechen, wo die Betätigungseinheiten 221 angeordnet sind. Eine große Anzahl von Tintenausspritzöffnungen 208 mit kleinem Durchmesser sind in der Oberfläche jedes Tintenausspritzbereichs R1 angeordnet.
Dieses Beispiel zeigt einen Fall eines Einfarbdrucks. Der Tintenzufuhröffnung 202 wird Tinte mit einer einzigen Farbe (zum Beispiel schwarz) zugeführt. Um einen Mehrfarbdruck auszuführen, sind Kopfhauptkörper 201, deren Anzahl der Anzahl der Farben entspricht (zum Beispiel im Fall der vier Farben Gelb, Cyan, Magenta und Schwarz vier Kopfhauptkörper 201), in der seitlichen Richtung der Durchgangseinheit ausgerichtet. Den Kopfhauptkörpern 201 werden voneinander verschiedene Farbtinten zum Drucken zugeleitet.
13 ist eine Schnittansicht, die den inneren Aufbau der Durchgangseinheit 204 veranschaulicht. Wenden wir uns 13 zu, wo ein Verteilerkanal 205 in der Durchgangseinheit 204 ausgebildet ist. Der Verteilerkanal 205 steht über die Tintenzufuhröffnung 202 in strömungsmäßiger Verbindung mit einer Tintenzufuhrquelle, weshalb der Verteilerkanal 205 immer mit Tinte gefüllt ist. Die Tintenzufuhröffnung 202 ist vorzugsweise mit einem Filter zum Auffangen von in der Tinte enthaltenem Staub und Schmutz versehen.
Der Verteilerkanal 205 ist im größten Teil der Durchgangseinheit 204 dergestalt ausgebildet, dass er sich über die zwei Tintenausspritzbereiche R1 hinweg erstreckt. In einem Teil des Verteilerkanals 205, der jedem Tintenausspritzbereich R1 entspricht, ist eine große Anzahl schmaler parallelogrammförmiger Inselabschnitte 205a dergestalt ausgebildet, dass sie in regelmäßigen Abständen angeordnet sind. Die Länge jedes Inselabschnitts 205a verläuft in der Längsrichtung der Durchgangseinheit 204. Bei diesem Aufbau fließt Tinte, die über die Tintenzufuhröffnung 202 zugeführt wird, zwischen allen benachbarten Inselabschnitten 205a in dem Verteilerkanal 205 hindurch und wird dann zu (weiter unten beschriebenen) Druckkammern 210 verteilt, die in der Durchgangseinheit 204 in jedem Tintenausspritzbereich R1 ausgebildet sind.
Wenden wir uns 15 zu. Jede Tintenausspritzöffnung 208 ist als eine verjüngte Düse ausgebildet. Die Tintenausspritzöffnung 208 steht über eine Druckkammer 210, die eine – von oben betrachtet – im Wesentlichen parallelogrammförmige Gestalt aufweist, und eine Öffnung 212 mit einem Verteilerkanal 205 in strömungsmäßiger Verbindung. Bei diesem Aufbau wird Tinte von dem Verteilerkanal 205 über die Öffnung 212 zu der Druckkammer 210 geführt. Durch Ansteuern einer Betätigungseinheit 221, wie weiter unten noch beschrieben wird, wird eine Strahlenergie an die Tinte in der Druckkammer 210 angelegt, um die Tinte durch die Tintenausspritzöffnung 208 in einem Strahl auszuspritzen.
14 veranschaulicht einen detaillierten Aufbau des Be reichs, der in 13 mit dem Bezugszeichen Q bezeichnet ist. Wie aus 14 ersichtlich ist, sind in einem Bereich der Oberseite der Durchgangseinheit 204, die einem Tintenausspritzbereich R1 entspricht, eine große Anzahl von Druckkammern 210 in einer Matrix nebeneinander angeordnet. Weil die Druckkammern 210 auf einer anderen Ebene ausgebildet sind als die Öffnungen 212, wie in 15 veranschaulicht, ist eine Anordnung, wie sie in 14 veranschaulicht ist, möglich, in der jede Öffnung 212, die mit einer Druckkammer 210 verbunden ist, eine andere Druckkammer 210 überlappt. Infolge dessen kann eine hoch-dichte Anordnung der Druckkammern 210 realisiert werden, was zu einer Verkleinerung des Kopfhauptkörpers 201 und einer Erhöhung der Auflösung eines herzustellenden Bildes beitragen kann.
15 veranschaulicht einen konkreten Aufbau eines Durchgangs von einem Verteilerkanal 205 zu einer Tintenausspritzöffnung 208. Wenden wir uns 15 zu. Die Durchgangseinheit 204 ist aus insgesamt neun Materiallagen laminiert, und zwar einer Hohlraumplatte 222, einer Basisplatte 223, einer Öffnungsplatte 224, einer Zufuhrplatte 225, Verteilerplatten 226, 227 und 228, einer Deckplatte 229 und einer Düsenplatte 230. Die oben beschriebenen Betätigungseinheiten 221 sind an die Oberseite der Durchgangseinheit 204 gebondet, so dass ein Kopfhauptkörper 201 entsteht. Der detaillierte Aufbau jeder Betätigungseinheit 221 wird weiter unten beschrieben.
Eine parallelogrammförmige Öffnung ist in der Hohlraumplatte 222 ausgebildet, so dass eine Druckkammer 210 gebildet wird, wie oben beschrieben. Eine verjüngte Tintenausspritzöffnung 208 ist unter Verwendung einer Presse in der Düsenplatte 230 ausgebildet. Durch jede der Platten 223 bis 229 hindurch sind Strömungslöcher 251 zwischen den Platten 222 und 230 ausgebildet. Die Druckkammer 210 steht über die Strömungslöcher 251 mit der Tintenausspritzöffnung 208 in strömungsmäßiger Verbindung. In der Öffnungsplatte 224 ist eine Öffnung 212 als ein Langloch ausgebildet. Ein Ende der Öffnung 212 ist über ein Strömungsloch 252, das in der Basisplatte 223 ausgebildet ist, mit einem Endabschnitt der Druckkammer 210 (gegenüber dem Endabschnitt, der mit der Tintenausspritzöffnung 208 verbunden ist) verbunden. Die Öffnung 212 dient dem richtigen Steuern der Menge an Tinte, die der Druckkammer 210 zuzuführen ist, und dem Verhindern, dass zu viel oder zu wenig Tinte durch die Tintenausspritzöffnung 208 gespritzt wird. In der Zufuhrplatte 225 ist ein Strömungsloch 253 ausgebildet. Das Strömungsloch 253 verbindet das andere Ende der Öffnung 212 mit dem Verteilerkanal 205.
Jede der neun Platten 222 bis 230, die die Durchgangseinheit 204 bilden, besteht aus Metall. Die Druckkammer 210, die Öffnung 212 und die Strömungslöcher 251, 252 und 253 werden durch selektives Ätzen jeder Metallplatte mittels einer Maskenstruktur ausgebildet. Die neun Platten 222 bis 230 werden in Schichten angeordnet und miteinander verbondet, wobei sie dergestalt zueinander positioniert werden, dass darin der in 15 veranschaulichte Durchgang ausgebildet wird.
Wenden wir uns 16 zu. Jede Betätigungseinheit 221 enthält fünf piezoelektrische Lagen 241 bis 245 mit der gleichen Dicke von etwa 15 μm. Diese piezoelektrischen Lägen 241 bis 245 werden als kontinuierliche flache Schichten ausgebildet. Eine einzelne Betätigungseinheit 221 ist so angeordnet, dass sie sich über viele Druckkammern 210 hinweg erstreckt, die in einem einzelnen Tintenausspritzbereich R1 des Kopfhauptkörpers 201 ausgebildet sind. Dadurch kann eine hoch-dichte Anordnung einzelner Elektroden 235a und 235b in der Betätigungseinheit 221 realisiert werden. Jede der piezoelektrischen Lagen 241 bis 245 besteht aus einem Keramikmaterial auf Blei-Zirkonat-Titanat (PZT)-Basis mit Ferroelektrizität.
Zwischen der ersten und der zweiten piezoelektrischen Lage 241 und 242 – von oben aus gesehen – ist eine etwa 2 μm dicke gemeinsame Elektrode 234a angeordnet, die im Wesentlichen auf den gesamten Unter- und Oberseiten der piezoelektrischen Lagen ausgebildet ist. Des Weiteren ist zwischen der dritten und der vierten piezoelektrischen Lage 243 und 244 eine etwa 2 μm dicke gemeinsame Elektrode 234b angeordnet. Auf der Oberseite der ersten piezoelektrischen Lage 241 ist eine etwa 1 μm dicke einzelne Elektrode 235a entsprechend jeder Druckkammer 210 ausgebildet. Wie in 13 veranschaulicht, hat die einzelne Elektrode 235a – von oben betrachtet – eine ähnliche Form wie die Druckkammer 210, obgleich die einzelne Elektrode 235a ein wenig kleiner ist als die Druckkammer 210. Die einzelne Elektrode 235a ist so angeordnet, dass die Mitte der einzelnen Elektrode 235a mit der Mitte der entsprechenden Druckkammer 210 übereinstimmt. Des Weiteren ist zwischen der zweiten und der dritten piezoelektrischen Lage 242 und 243 eine etwa 2 μm dicke einzelne Elektrode 235b angeordnet, die wie die einzelne Elektrode 235a geformt ist. Der Abschnitt, wo die einzelnen Elektroden 235a und 235b angeordnet sind, entspricht einem Druckerzeugungsabschnitt A zum Anlegen eines Drucks an die Tinte in der Druckkammer 210. Zwischen der vierten und der fünften piezoelektrischen Lage 244 und 245 und auf der Unterseite der fünften piezoelektrischen Lage 245 befindet sich keine Elektrode. Jede der Elektroden 234a, 234b, 235a und 235b besteht zum Beispiel aus einem metallischen Material auf Ag-Pd-Basis.
Die gemeinsamen Elektroden 234a und 234b sind in einem nicht-veranschaulichten Bereich geerdet. Somit werden die gemeinsamen Elektroden 234a und 234b in einem Bereich, der einer beliebigen Druckkammer 210 entspricht, auf dem Erdungspotenzial gehalten. Damit das Potenzial der einzelnen Elektroden 235a und 235b in jedem Paar, das einer Druckkammer 210 entspricht, unabhängig von einem anderen Paar ge steuert werden kann, sind sie über eine Anschlussleitung, die für jedes Paar einzelner Elektroden 235a und 235b separat vorhanden ist, mit einem geeigneten Ansteuerungs-IC verbunden.
In dem Kopfhauptkörper 201 sind die piezoelektrischen Lagen 241 bis 245 in ihrer Dicke zu polarisieren. Das heißt, die Betätigungseinheit 221 hat einen sogenannten unimorphen Aufbau, bei dem die oberen (d. h. von der Druckkammer 210 entfernt befindlichen) drei piezoelektrischen Lagen 241 bis 243 Schichten sind, die aktive Schichten enthalten, und die unteren (d. h. nahe der Druckkammer 210 befindlichen) zwei piezoelektrischen Lagen 244 und 245 als inaktive Schichten ausgebildet sind.
Wenn bei diesem Aufbau die einzelnen Elektroden 235a und 235b in einem Paar auf ein positives oder ein negatives vorgegebenes Potenzial eingestellt sind und wenn zum Beispiel die Polarisation in der gleichen Richtung verläuft wie das elektrische Feld, so zieht sich der Abschnitt (eine aktive Schicht, d. h. ein Druckerzeugungsabschnitt) in den piezoelektrischen Lagen 241 bis 243, der sich zwischen den gemeinsamen und den einzelnen Elektroden befindet, senkrecht zur Polarisation zusammen. Weil andererseits die inaktiven piezoelektrischen Lagen 244 und 245 durch kein elektrisches Feld beeinflusst werden, ziehen sie sich nicht in sich selbst zusammen. Somit entsteht entlang der Polarisation ein mechanischer Spannungsunterschied zwischen den oberen piezoelektrischen Lagen 241 bis 243 und den unteren piezoelektrischen Lagen 244 und 245. Infolge dessen sind die gesamten piezoelektrischen Lagen 241 bis 245 bereit, sich zu einer konvexen Form in Richtung der inaktiven Seite zu verformen (unimorphe Verformung). Weil die Unterseite der untersten piezoelektrischen Lage 245 an der Oberseite der Trennwand, welche die Druckkammern 210 trennt, fixiert ist, verformt sich zu diesem Zeitpunkt der Druckerzeugungsabschnitt A der piezoelektrischen Lagen 241 bis 245 zu ei ner konvexen Form in Richtung der Seite der Druckkammer 210, um das Volumen der Druckkammer 210 zu verkleinern. Infolge dessen steigt der Druck der Tinte an, wodurch Tinte durch die Tintenausspritzöffnung 208 ausgespritzt wird. Wenn danach das Anlegen der Ansteuerspannung an die einzelnen Elektroden 235a und 235b beendet wird, so kehren die piezoelektrischen Lagen 241 bis 245 zu der ursprünglichen Form zurück, und die Druckkammer 210 kehrt ebenfalls zu ihrem ursprünglichen Volumen zurück. Somit saugt die Druckkammer 210 Tinte über den Verteilerkanal 205 herein.
Als nächstes wird die Form der zwei Betätigungseinheiten 221a und 221b und die Anordnung einzelner Elektroden 235a und 235b (oder anders ausgedrückt: die Anordnung der Druckerzeugungsabschnitte A) beschrieben. 17 veranschaulicht die Form einer Betätigungseinheit 221a und die Anordnung von Druckerzeugungsabschnitten. 18 zeigt die Beziehung zwischen einem Nahtabschnitt zwischen den Betätigungseinheiten 221a und 221b und Druckerzeugungsabschnitten in einem zusätzlichen Bereich.
Der Kopfhauptkörper 201 enthält zwei Betätigungseinheiten 221a und 221b, wie oben beschrieben. Die zwei Betätigungseinheiten 221a und 221b haben recht ähnliche Formen und die gleiche Anordnung der Druckerzeugungsabschnitte A.
Wie in den 11 und 17 veranschaulicht, ist die Betätigungseinheit 221a parallelogrammförmig und ist so angeordnet, dass ihre eine Seite B parallel zur Längsrichtung der Durchgangseinheit 204 verläuft und ihre andere Seite C schräg zur Längsrichtung der Durchgangseinheit 204 verläuft. Wie in 17 veranschaulicht, gibt es in der Betätigungseinheit 221a zwei Bereiche P1 und P2, die in der seitlichen Richtung der Durchgangseinheit 204 durch eine gerade Linie in der Längsrichtung der Durchgangseinheit 204 getrennt sind. Das heißt, die Bereiche P1 und P2 liegen in der seitlichen Richtung der Durchgangseinheit 204 nebeneinander.
Im Basisbereich P1 der beiden Bereiche P1 und P2 sind eine große Anzahl von Druckerzeugungsabschnitten A1 nebeneinander in einer Matrix in der Längsrichtung der Durchgangseinheit 204 und entlang der anderen Seite C des Parallelogramms angeordnet.
In dem anderen Bereich (dem zusätzlichen Bereich P2) als der Basisbereich P1 sind Druckerzeugungsabschnitte A2 nebeneinander in einer Matrix lediglich in der unmittelbaren Umgebung einer spitzwinkligen Ecke D des Parallelogramms nahe der Betätigungseinheit 221b angeordnet.
Wenn, wie in 18 veranschaulicht, die in dieser Weise aufgebauten zwei Betätigungseinheiten 221a und 221b in Reihe in der Längsrichtung der Durchgangseinheit 204 angeordnet sind, wie in 11 veranschaulicht, so befinden sich die Druckerzeugungsabschnitte A2 des zusätzlichen Bereichs P2, der in der Betätigungseinheit 221a angeordnet ist, an einer Stelle, die einem Bereich (dem schraffierten Bereich G in 18) entspricht, wo kein Druckerzeugungsabschnitt A in dem Basisbereich P1 angeordnet sein kann, weil er sich in der Naht zwischen den Betätigungseinheiten 221a und 221b befindet. Das heißt, die Druckerzeugungsabschnitte A2 des zusätzlichen Bereichs P2 sind so angeordnet, dass sie einem Lückenabschnitt G zwischen den Druckerzeugungsabschnitten A1 des Basisbereichs P1, der sich in der Betätigungseinheit 221a befindet, und den Druckerzeugungsabschnitten A1 des Basisbereichs P1, der sich in der benachbarten Betätigungseinheit 221b befindet, entsprechen. Obgleich es also keine separate Betätigungseinheit gibt, um Tinte durch den Lückenabschnitt G hindurch auszuspritzen, kann ein Kopfhauptkörper 201 bereitgestellt werden, der über die gesamte Längsrichtung der Durchgangseinheit unterbrechungsfrei drucken kann.
Oder anders ausgedrückt: Weil in dem Bereich (Bereich G) nahe dem Nahtabschnitt zwischen den Betätigungseinheiten 221a und 221b kein Druckerzeugungsabschnitt angeordnet werden kann, können auch keine Druckkammer 210 und keine Tintenausspritzöffnung 208 in diesem Bereich angeordnet werden. Wenn also die Druckerzeugungsabschnitte A2 nicht in dem zusätzlichen Bereich P2, der sich in der Betätigungseinheit 221a befindet, angeordnet wären, so wäre das Drucken in dem Abschnitt, der dem Lückenabschnitt G entspricht, nicht möglich. Infolge dessen würde ein Abschnitt, wo keine Tinte ausgespritzt werden kann, in dem Nahtabschnitt zwischen den Betätigungseinheiten 221a und 221b entstehen. Weil aber die Druckerzeugungsabschnitte A2 in dem zusätzlichen Bereich P2, der sich in der Betätigungseinheit 221a befindet, in einem Abschnitt angeordnet sind, der jenen Bereich G in der seitlichen Richtung der Durchgangseinheit überlappt, gibt es keinen Abschnitt, wo das Ausspritzen von Tinte unmöglich ist. Infolge dessen kann ein Bild unterbrechungsfrei auf einem Papier hergestellt werden.
Wie oben beschrieben, enthält in dieses Beispiel die Betätigungseinheit 221 Reihen, in denen jeweils eine große Anzahl von Druckerzeugungsabschnitten A1 und A2 in der Längsrichtung der Durchgangseinheit 204 angeordnet sind. Was die Längen dieser Reihen in der Längsrichtung der Durchgangseinheit 204 anbelangt, ist jede Reihe in dem Basisbereich P1 länger als jede Reihe in dem zusätzlichen Bereich P2. Was des Weiteren die Anzahl der Reihen in der seitlichen Richtung der Durchgangseinheit 204 anbelangt, ist die Anzahl der Reihen in dem zusätzlichen Bereich P2 die gleiche wie die Anzahl der Reihen, die in der Länge des entsprechenden Bereichs G in der seitlichen Richtung der Durchgangseinheit 204 vorhanden sein könnten. Wenn also eine imaginäre gerade Linie gezogen wird, die in der seitlichen Richtung der Durchgangseinheit 204 verläuft, so ist die Anzahl der Reihen, welche die imaginäre gerade Linie in dem Bereich schneidet, wo sich die benachbarten Betätigungseinheiten 221a und 221b einander überlappen, die gleiche wie die Anzahl der Reihen, welche die imaginäre gerade Linie in dem Bereich schneidet, wo sich die benachbarten Betätigungseinheiten 221a und 221b nicht einander überlappen.
Das oben beschriebene Merkmal kann nur erreicht werden, wenn man zwei Betätigungseinheiten 221a und 221b mit dem gleichen Aufbau anordnet. Somit kann die Anordnung von Teilen vereinfacht werden, und die Kosten und die Anzahl der Prozessschritte, die für das Konstruieren oder Herstellen der Betätigungseinheiten 221a und 221b notwendig sind, können verringert werden.
Die Anordnung von Druckerzeugungsabschnitten A in der Betätigungseinheit 221, die in diesem Beispiel beschrieben wird, ist nur ein Beispiel. Zum Beispiel kann eine Betätigungseinheit 255, wie sie in 19 veranschaulicht ist, verwendet werden. 19 veranschaulicht ein weiteres Beispiel der Anordnung von Druckerzeugungsabschnitten in einer Betätigungseinheit. 20 zeigt die Beziehung zwischen einem Nahtabschnitt zwischen Betätigungseinheiten und Druckerzeugungsabschnitten in einem zusätzlichen Bereich in der Anordnung von 19.
Die Betätigungseinheit 255a von 19 ist in der seitlichen Richtung der Durchgangseinheit in drei Bereiche P11, P12 und P13 unterteilt. Der mittlere Bereich P11 in der seitlichen Richtung der Durchgangseinheit dient als ein Basisbereich, und die übrigen Bereiche P12 und P13 dienen als zusätzliche Bereiche.
Wie bei der Anordnung von 17 sind in dem Basisbereich P11 eine große Anzahl von Druckerzeugungsabschnitten A11 nebeneinander in einer Matrix in der Längsrichtung der Durchgangseinheit und entlang der anderen Seite C des Parallelogramms angeordnet. In einem zusätzlichen Bereich P12 sind Druckerzeugungsabschnitte A12 nebeneinander in einer Matrix in der unmittelbaren Umgebung einer spitzwinkligen Ecke D des Parallelogramms nahe der Betätigungseinheit 255b angeordnet. In dem anderen zusätzlichen Bereich P13 sind Druckerzeugungsabschnitte A13 nebeneinander in einer Matrix in der unmittelbaren Umgebung einer spitzwinkligen Ecke D des Parallelogramms von der Betätigungseinheit 255b entfernt angeordnet.
Darum sind, wie in 20 veranschaulicht, die Druckerzeugungsabschnitte A12 des zusätzlichen Bereichs P12 der Betätigungseinheit 255a und die Druckerzeugungsabschnitte A13 des zusätzlichen Bereichs P13 der Betätigungseinheit 255b in einem Lückenabschnitt G zwischen den Druckerzeugungsabschnitten A11 des Basisbereichs P11, der sich in der Betätigungseinheit 255a befindet, und den Druckerzeugungsabschnitten A11 des Basisbereichs P11, der sich in der benachbarten Betätigungseinheit 255b befindet, angeordnet. Somit kann dem Kopfhauptkörper 201 Tinte zugeführt werden, die über die gesamte Längsrichtung der Durchgangseinheit unterbrechungsfrei ausgespritzt werden kann.
Des Weiteren kann dieses Beispiel auch die gleichen Vorteile mit sich bringen wie die oben beschriebenen. Genauer gesagt, weil die zwei Betätigungseinheiten 255a und 255b in der Längsrichtung der Durchgangseinheit 204 angeordnet sind, kann selbst im Fall einer langen Durchgangseinheit 204 eine hohe Genauigkeit bei der Positionierung der Betätigungseinheiten 255a und 255b an der Durchgangseinheit 204 erreicht werden. Darum können gute Tintenausspritzergebnisse erreicht werden, und der Produktionsertrag der Tintenstrahlköpfe 201 kann deutlich gesteigert werden. Außerdem kann durch Anordnen der piezoelektrischen Lagen 241 bis 243 zwischen den gemeinsamen Elektroden 234a und 234b und den einzelnen Elektroden 235a und 235b das Volumen jeder Druckkammer 210 problemlos durch den piezoelektrischen Effekt verändert werden. Des Weiteren können die piezoelektrischen Lagen 241 bis 243, die aktive Schichten enthalten, auf einfache Weise hergestellt werden, weil sie kontinuierliche flache Schichten sind. Weil des Weiteren eine Betätigungseinheit 221 mit einem unimorphen Aufbau verwendet wird, wobei die piezoelektrischen Lagen 244 und 245 nahe jeder Druckkammer 210 inaktiv sind und die piezoelektrischen Lagen 241 bis 243, die von jeder Druckkammer 210 entfernt liegen, Schichten sind, die aktive Schichten enthalten, kann die Änderung des Volumens jeder Druckkammer 210 mittels des transversalen piezoelektrischen Effekts verstärkt werden, und es kann eine Senkung der an die einzelnen Elektroden 235a und 235b anzulegenden Spannung und/oder eine hohe Integration der Druckkammern 210 angestrebt werden. Des Weiteren können in der Durchgangseinheit 204 – weil eine große Anzahl von Druckkammern 210 nebeneinander in einer Matrix angeordnet sind – die vielen Druckkammern 210 mit einer hohen Dichte innerhalb einer relativ geringen Größe angeordnet werden.
In diesem Beispiel sind zwei Betätigungseinheiten angeordnet. Es können aber natürlich auch drei oder mehr Betätigungseinheiten angeordnet sein. Das Anordnen vieler Betätigungseinheiten kann zu einem langen Tintenstrahlkopf führen. Ein solcher langer Tintenstrahlkopf ist von Vorteil, weil mit ihm ein noch größeres Papier mit hoher Geschwindigkeit bedruckt werden kann.
21A und 21B veranschaulichen Kopfhauptkörper 271 und 272 gemäß Modifizierungen des Beispieles, wobei vier Betätigungseinheiten 261 (in den 21A und 21B sind sie von rechts nach links mit den Bezugszahlen 261a, 261b, 261c bzw. 261d bezeichnet), die jeweils wie eine Betätigungseinheit 221 oder 255 aufgebaut sind, in einer Reihe auf Durchgangseinheiten 274, die nahe ihren beiden Enden Tintenzufuhröffnungen 273 aufweisen, angeordnet und daran gebondet sind. Eine solche Betätigungseinheit 261, wie eine Betätigungseinheit 221 oder 255, kann gemeinsam für Durch gangseinheiten mit verschiedenen Längen verwendet werden, zum Beispiel von einer relativ kurzen Durchgangseinheit, wie in 11 veranschaulicht, bis zu einer langen Durchgangseinheit, wie in 21A veranschaulicht. Somit kann eine solche Betätigungseinheit vielseitig als ein Bauteil verwendet werden, wodurch die Herstellungskosten gesenkt werden können.
In den Kopfhauptkörpern 201 und 271, wie in den 11 und 21A veranschaulicht, sind Betätigungseinheiten auf einer Durchgangseinheit in einer geraden Linie so angeordnet, dass sie in der seitlichen Richtung der Durchgangseinheit ausgerichtet sind. Jedoch können, wie in einem Kopfhauptkörper 272, der zum Beispiel in 21B veranschaulicht ist, Betätigungseinheiten 261a, 261b, 261c und 261d in einer Zickzackform angeordnet sein. Jedoch ist vom Standpunkt der Kompaktheit eines Tintenstrahlkopfes die in 11 oder 21A veranschaulichte Anordnung bevorzugt, in der Betätigungseinheiten in einer geraden Linie in der Längsrichtung der Durchgangseinheit so angeordnet sind, dass sie regelmäßig in der seitlichen Richtung der Durchgangseinheit ausgerichtet sind. Speziell im Fall der Anordnung von 11 oder 21A kann der Tintenstrahlkopf schmal gehalten werden. Wenn also zwei oder mehr Tintenstrahlköpfe entlang ihrer Breite angeordnet sind, um ihnen Tinten verschiedener Farben für einen Mehrfarbdruck zuzuführen, so können sie innerhalb eines kompakten Raumes angeordnet werden. Dies ist außerdem von Vorteil, weil das Auftreten einer Farbscherung in einem Bild verringert werden kann, selbst wenn ein Papier beim Drucken schräg geführt wird.
Als nächstes wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 22 ist eine Draufsicht auf einen Kopfhauptkörper eines Tintenstrahlkopfes gemäß dieser Ausführungsform. Bei dem Tintenstrahlkopf und dem Tintenstrahldrucker gemäß dieser Ausführungsform wird, weil die Teile mit Ausnahme des Kopfhauptkörpers denen der oben be schriebenen ähneln, hier auf deren detaillierte Beschreibung verzichtet.
Wenden wir uns 22 zu. Ein Kopfhauptkörper 301 eines Tintenstrahlkopfes gemäß dieser Ausführungsform hat – von oben betrachtet – eine rechteckige Form, die sich in einer Richtung erstreckt. Der Kopfhauptkörper 301 enthält eine Durchgangseinheit 304, in der eine große Anzahl von Druckkammern 310 und eine große Anzahl von Tintenausspritzöffnungen 308 ausgebildet sind, wie weiter unten noch beschrieben wird. Auf der Oberseite der Durchgangseinheit 304 sind vier Betätigungseinheiten 321 mit jeweils der Form eines regelmäßigen Sechsecks (in 22 sind sie von rechts nach links mit den Bezugszahlen 321a, 321b, 321c bzw. 321d bezeichnet) zickzackförmig in zwei Reihen angeordnet und sind an die Oberseite der Durchgangseinheit 304 gebondet. Jede Betätigungseinheit 321 ist so angeordnet, dass sich ihre gegenüberliegenden parallelen Seiten (Ober- und Unterseiten) in der Längsrichtung des Kopfhauptkörpers 301 erstrecken. Alle benachbarten Betätigungseinheiten 321 sind so angeordnet, dass ihre schrägen Seiten nahe beieinander liegen und überlappende Abschnitte in der seitlichen Richtung der Durchgangseinheit aufweisen.
Wenden wir uns 23 zu, die eine Ansicht der Durchgangseinheit 304 in einem im Vergleich zu 22 umgekehrten Betrachtungswinkel darstellt (ein Blick von der Druckflächenseite). Vier hexagonale Tintenausspritzbereiche R2 befinden sich in der Unterseite der Durchgangseinheit 304 entsprechend den jeweiligen Bereichen, wo die Betätigungseinheiten 321 angeordnet sind. Eine große Anzahl von Tintenausspritzöffnungen 308 mit kleinem Durchmesser sind in der Oberfläche jedes Tintenausspritzbereichs R2 angeordnet. Ein Basisblock 302 ist auf der Oberseite des Kopfhauptkörpers 301 angeordnet. Ein Paar Tintenreservoirs 303 mit jeweils einer schmalen Form in der Längsrichtung des Kopfhauptkörpers 301 sind in dem Basisblock 302 angeordnet. Ei ne Öffnung 303a ist in der Oberseite des Basisblocks 302 an einem Ende jedes Tintenreservoirs 303 ausgebildet. Jede Öffnung 303a ist mit einem nicht-veranschaulichten Tintentank verbunden. Infolge dessen ist jedes Tintenreservoir 303 immer mit Tinte gefüllt.
24 ist eine Schnittansicht, die den inneren Aufbau der Durchgangseinheit 304 veranschaulicht. Wenden wir uns 24 zu, wo Verteilerkanäle 305, die als Tintenzufuhrquellen fungieren, in der Durchgangseinheit 304 ausgebildet sind. Jeder Verteilerkanal 305 steht über die entsprechende Öffnung 305a, die in der Oberseite der Durchgangseinheit 304 ausgebildet ist, mit einem Tintenreservoir 303 in strömungsmäßiger Verbindung. Jede Öffnung 305a ist vorzugsweise mit einem Filter zum Auffangen von in der Tinte enthaltenem Staub und Schmutz versehen.
Jeder Verteilerkanal 305 verzweigt sich an seiner Öffnung 305a, um einer Anzahl von Druckkammern 310 Tinte zuzuführen, wie weiter unten noch beschrieben wird. Wenn jeder hexagonale Tintenausspritzbereich R2, der in 23 veranschaulicht ist, in 23 vertikal gleichmäßig in zwei Bereiche unterteilt ist, so wird ein einzelner Verteilerkanal 305 dergestalt ausgebildet, dass er einem der zwei Bereiche entspricht. Es sind acht Verteilerkanäle 305 vorhanden, und jeder von ihnen ist so geformt, dass er Tinte zu allen Druckkammern 310, die in dem entsprechenden Bereich enthalten sind, verteilt und zuführt.
Die Tintenausspritzöffnung 308, die sich in einem halben Bereich in der seitlichen Richtung der Durchgangseinheit befindet, steht über einen Verteilerkanal 305 mit einem der Tintenreservoirs 303 in einem Paar in strömungsmäßiger Verbindung. Die Tintenausspritzöffnung 308 in dem anderen halben Bereich in der seitlichen Richtung des Tintenstrahlkopfes steht mit dem anderen Tintenreservoir 303 in strömungsmäßiger Verbindung. Durch ein solches Anordnen der Vertei lerkanäle 305, der Öffnungen 305a und der Tintenreservoirs 303 lassen sich zwei Druckbetriebsarten realisieren: (1) eine Betriebsart, bei der die Tintenreservoirs 303 in dem Paar mit Tinte der gleichen Farbe beaufschlagt werden, um einen hoch-auflösenden Einfarbdruck auszuführen, und (2) eine Betriebsart, bei der die Tintenreservoirs 303 in dem Paar mit Tinte verschiedener Farben beaufschlagt werden, um einen Zweifarbdruck mit dem einzelnen Kopfhauptkörper 301 auszuführen. Dies ist ein weithin nutzbarer Aufbau.
Wenden wir uns 26 zu. Jede Tintenausspritzöffnung 308 ist als eine verjüngte Düse ausgebildet. Die Tintenausspritzöffnung 308 steht über eine Druckkammer 310 mit einer – von oben betrachtet – nahezu rhombischen Form und eine Öffnung 312 in strömungsmäßiger Verbindung mit einer Verteilerkanal 305. Bei diesem Aufbau wird Tinte über das Tintenreservoir 303 zu dem Verteilerkanal 305 geleitet und wird außerdem von dem Verteilerkanal 305 über die Öffnung 312 zu der Druckkammer 310 geleitet. Durch Ansteuern einer Betätigungseinheit 321, wie weiter unten noch beschrieben wird, wird eine Strahlenergie an die Tinte in der Druckkammer 310 angelegt, um die Tinte durch die Tintenausspritzöffnung 308 in einem Strahl auszuspritzen.
25 veranschaulicht einen detaillierten Aufbau des Bereichs, der in 24 mit dem Bezugszeichen E bezeichnet ist. Wie aus 25 zu ersehen ist, sind in einem Bereich der Oberseite der Durchgangseinheit 304, der einem Tintenausspritzbereich R2 entspricht, eine große Anzahl von Druckkammern 310 in einer Matrix nebeneinander angeordnet. Weil die Druckkammern 310 auf einer anderen Ebene ausgebildet sind als die Öffnungen 312, wie in 26 veranschaulicht, ist eine Anordnung möglich, in der jede Öffnung 312, die mit einer Druckkammer 310 verbunden ist, eine andere Druckkammer 310 überlappt. Infolge dessen kann eine hochdichte Anordnung der Druckkammern 310 realisiert werden, was zu einer Verkleinerung des Kopfhauptkörpers 301 und ei ner Erhöhung der Auflösung eines herzustellenden Bildes beitragen kann.
26 veranschaulicht einen konkreten Aufbau eines Durchgangs von einem Verteilerkanal 305 zu einer Tintenausspritzöffnung 308. Wenden wir uns 26 zu. Die Durchgangseinheit 304 ist aus insgesamt neun Materiallagen laminiert, und zwar einer Hohlraumplatte 322, einer Basisplatte 323, einer Öffnungsplatte 324, einer Zufuhrplatte 325, Verteilerplatten 326, 327 und 328, einer Deckplatte 329 und einer Düsenplatte 330. Die oben beschriebenen Betätigungseinheiten 321 sind an die Oberseite der Durchgangseinheit 304 gebondet, wodurch ein Kopfhauptkörper 301 entsteht. Der detaillierte Aufbau jeder Betätigungseinheit 321 wird weiter unten beschrieben.
Eine rhombische Öffnung ist in der Hohlraumplatte 322 ausgebildet, so dass eine Druckkammer 310 gebildet wird. Eine verjüngte Tintenausspritzöffnung 308 ist in der Düsenplatte 330 mit einer Presse ausgebildet. Durch jede der Platten 323 bis 329 hindurch sind zwischen den Platten 322 und 330 Strömungslöcher 351 ausgebildet. Die Druckkammer 310 steht über die Strömungslöcher 351 mit der Tintenausspritzöffnung 308 in strömungsmäßiger Verbindung. Eine Öffnung 312 ist als ein Langloch in der Öffnungsplatte 324 ausgebildet. Ein Ende der Öffnung 312 ist über ein Strömungsloch 352, das in der Basisplatte 323 ausgebildet ist, mit einem Endabschnitt der Druckkammer 310 (gegenüber dem Endabschnitt, der mit der Tintenausspritzöffnung 308 verbunden ist) verbunden. Die Öffnung 312 dient dem richtigen Steuern der Menge an Tinte, die der Druckkammer 310 zuzuführen ist, und dem Verhindern, dass zuviel oder zu wenig Tinte durch die Tintenausspritzöffnung 308 ausgespritzt wird. Ein Strömungsloch 353 ist in der Zufuhrplatte 325 ausgebildet. Das Strömungsloch 353 verbindet das andere Ende der Öffnung 312 mit dem Verteilerkanal 305.
Jede der neun Platten 322 bis 330, aus denen die Durchgangseinheit 304 gebildet wird, besteht aus Metall. Die Druckkammer 310, die Öffnung 312 und die Strömungslöcher 351, 352 und 353, die oben beschrieben sind, werden durch selektives Ätzen jeder Metallplatte mittels einer Maskenstruktur ausgebildet. Die neun Platten 322 bis 330 werden in Schichten angeordnet und aneinander gebondet, wobei sie so positioniert werden, dass darin der in 26 veranschaulichte Durchgang gebildet wird.
Als nächstes wird der Aufbau jeder Betätigungseinheit 321 beschrieben. Wenden wir uns 27 zu. Die Betätigungseinheit 321 enthält fünf piezoelektrische Lagen 341 bis 345 mit der gleichen Dicke von etwa 15 μm. Diese piezoelektrischen Lagen 341 bis 345 sind als kontinuierliche flache Schichten ausgebildet. Eine einzelne Betätigungseinheit 321 ist so angeordnet, dass sie sich über viele Druckkammern 310 hinweg erstreckt, die in einem einzelnen Tintenausspritzbereich R2 des Kopfhauptkörpers 301 ausgebildet sind. Dadurch kann eine hoch-dichte Anordnung einzelner Elektroden 335a und 335b realisiert werden. Jede der piezoelektrischen Lagen 341 bis 345 besteht aus einem Keramikmaterial auf Blei-Zirkonat-Titanat (PZT)-Basis mit Ferroelektrizität.
Zwischen der ersten und der zweiten piezoelektrischen Lage 341 und 342 – von oben aus gesehen – ist eine etwa 2 μm dicke gemeinsame Elektrode 334a angeordnet, die im Wesentlichen auf den gesamten Unter- und Oberseiten der piezoelektrischen Lagen ausgebildet ist. Des Weiteren ist zwischen der dritten und der vierten piezoelektrischen Lage 343 und 344 eine etwa 2 μm dicke gemeinsame Elektrode 234b angeordnet. Auf der Oberseite der ersten piezoelektrischen Lage 341 ist eine etwa 1 μm dicke einzelne Elektrode 335a entsprechend jeder Druckkammer 310 ausgebildet. Wie in 24 veranschaulicht, hat die einzelne Elektrode 335a – von oben betrachtet – eine ähnliche Form wie die Druckkammer 310, obgleich die einzelne Elektrode 335a ein wenig kleiner ist als die Druckkammer 310. Die einzelne Elektrode 335a ist so angeordnet, dass die Mitte der einzelnen Elektrode 335a mit der Mitte der entsprechenden Druckkammer 310 übereinstimmt. Des Weiteren ist zwischen der zweiten und der dritten piezoelektrischen Lage 342 und 343 eine etwa 2 μm dicke einzelne Elektrode 335b angeordnet, die wie die einzelne Elektrode 335a geformt ist. Zwischen der vierten und der fünften piezoelektrischen Lage 344 und 345 und auf der Unterseite der fünften piezoelektrischen Lage 345 befindet sich keine Elektrode. Jede der Elektroden 334a, 334b, 335a und 335b besteht zum Beispiel aus einem metallischen Material auf Ag-Pd-Basis.
Die gemeinsamen Elektroden 334a und 334b sind in einem nicht-veranschaulichten Bereich geerdet. Somit werden die gemeinsamen Elektroden 334a und 334b in einem Bereich, der einer beliebigen Druckkammer 310 entspricht, auf dem Erdungspotenzial gehalten. Damit das Potenzial der einzelnen Elektroden 335a und 335b in jedem Paar, das einer Druckkammer 310 entspricht, unabhängig von einem anderen Paar gesteuert werden kann, sind sie über eine Anschlussleitung, die für jedes Paar einzelner Elektroden 335a und 335b separat vorhanden ist, mit einem (nicht veranschaulichten) geeigneten Ansteuerungs-IC verbunden.
In dem Kopfhauptkörper 301 sind die piezoelektrischen Lagen 341 bis 345 in ihrer Dicke zu polarisieren. Das heißt, die Betätigungseinheit 321 hat einen sogenannten unimorphen Aufbau, bei dem die oberen (d. h. von der Druckkammer 310 entfernt befindlichen) drei piezoelektrischen Lagen 341 bis 343 Schichten sind, die aktive Schichten enthalten, und die unteren (d. h. nahe der Druckkammer 310 befindlichen) zwei piezoelektrischen Lagen 344 und 345 als inaktive Schichten ausgebildet sind.
Wenn bei diesem Aufbau die einzelnen Elektroden 335a und 335b in einem Paar auf ein positives oder ein negatives vorgegebenes Potenzial eingestellt sind und wenn zum Beispiel die Polarisation in der gleichen Richtung verläuft wie das elektrische Feld, so zieht sich der Abschnitt (eine aktive Schicht, d. h. ein Druckerzeugungsabschnitt) in den piezoelektrischen Lagen 341 bis 343, der sich zwischen den gemeinsamen und den einzelnen Elektroden befindet, senkrecht zur Polarisation zusammen. Weil andererseits die inaktiven piezoelektrischen Lagen 344 und 345 durch kein elektrisches Feld beeinflusst werden, ziehen sie sich nicht in sich selbst zusammen. Somit entsteht entlang der Polarisation ein mechanischer Spannungsunterschied zwischen den oberen piezoelektrischen Lagen 341 bis 343 und den unteren piezoelektrischen Lagen 344 und 345. Infolge dessen sind die gesamten piezoelektrischen Lagen 341 bis 345 bereit, sich zu einer konvexen Form in Richtung der inaktiven Seite zu verformen (unimorphe Verformung). Weil die Unterseite der untersten piezoelektrischen Lage 345 an der Oberseite der Trennwand, welche die Druckkammern 310 trennt, fixiert ist, verformen sich zu diesem Zeitpunkt die piezoelektrischen Lagen 341 bis 345 zu einer konvexen Form in Richtung der Seite der Druckkammer 310, um das Volumen der Druckkammer 310 zu verkleinern. Infolge dessen steigt der Druck der Tinte an, wodurch Tinte durch die Tintenausspritzöffnung 308 ausgespritzt wird. Wenn danach das Anlegen der Ansteuerspannung an die einzelnen Elektroden 335a und 335b beendet wird, so kehren die piezoelektrischen Lagen 341 bis 345 zu der ursprünglichen Form zurück, und die Druckkammer 310 kehrt ebenfalls zu ihrem ursprünglichen Volumen zurück. Somit saugt die Druckkammer 310 Tinte über den Verteilerkanal 305 herein.
Zum Herstellen jeder Betätigungseinheit 321 werden zuerst keramische grüne Lagen, die als piezoelektrische Lagen 341 bis 345 dienen sollen, in Schichten gelegt und dann ge brannt. Zu diesem Zeitpunkt wird je nach Bedarf ein metallisches Material, das als einzelne Elektroden 335a oder eine gemeinsame Elektrode 334a oder 334b dienen soll, auf jeder keramischen grünen Lage zu einem Muster gedruckt. Danach wird ein metallisches Material, das als einzelne Elektroden 335a dienen soll, auf die gesamte Oberseite der ersten piezoelektrischen Lage 341 plattiert, und dann werden überflüssige Abschnitte des Materials mittels Laserstrukturierung abgetragen. Alternativ wird ein metallisches Material, das als einzelne Elektroden 335a dienen soll, unter Verwendung einer Maske mit Öffnungen an Abschnitten, die den jeweiligen einzelnen Elektroden 335a entsprechen, abgeschieden.
Die auf diese Weise hergestellte Betätigungseinheit 321 ist sehr spröde, weil sie aus Keramik besteht. Insbesondere ist, weil die Ecken der Betätigungseinheit 321 sehr leicht abbrechen, ein sehr vorsichtiger Umgang bei der Herstellung und der Montage erforderlich, um zu vermeiden, dass eine Ecke mit einer anderen Komponente in Kontakt kommt.
Jedoch hat, wie in 28A veranschaulicht, die eine Draufsicht auf die Betätigungseinheit 321 ist, in dem Tintenstrahlkopf gemäß dieser Ausführungsform die Betätigungseinheit 321 das Profil eines im Wesentlichen regelmäßigen Sechsecks. Jeder von sechs geraden Abschnitten (Seiten) L1 bis L6, die in diesem Profil enthalten sind, ist mit einem benachbarten geraden Abschnitt L mit etwa 120° verbunden. Weil keine der sechs Ecken (Abschnitte aller benachbarten geraden Abschnitte L, die einander kreuzen) θ1 bis θ6 einen spitzen Winkel hat, können sie dank dessen nur schwer abgebrochen werden. Darum kann die Betätigungseinheit 321 als ein teures Präzisionsbauteil nicht so ohne Weiteres mitten im Herstellungsprozess kaputt gehen. Das kann zur Senkung der Herstellungskosten beitragen.
Der obige Effekt wird nicht nur dann erreicht, wenn eine oder mehrere der Ecken θ1 bis θ6 mit 120° ausgebildet werden. Wenn eine Ecke θn mit 90° oder mehr ausgebildet wird, so kann die Ecke θn nur schwer abgebrochen werden. Um also zu bewirken, dass eine oder mehrere der sechs Ecken θ1 bis θ6 nur schwer abzubrechen sind, genügt es, dass ein oder mehrere der sechs geraden Abschnitte L1 bis L6 im rechten Winkel oder in einem stumpfen Winkel mit einem benachbarten geraden Abschnitt L verbunden werden (der Mindestwert der Winkel θ1 bis θ6 an den Kreuzungsabschnitten ist 90° oder mehr). Das hexagonale Profil kann beliebig verändert werden, solange die obige Bedingung erfüllt ist. 28B veranschaulicht eine Betätigungseinheit 355 als ein Beispiel, bei dem die obige Bedingung erfüllt ist.
Des Weiteren kann diese Ausführungsform auch die gleichen Vorteile erbringen wie im Fall der oben beschriebenen. Genauer gesagt, weil die vier Betätigungseinheiten 321 in der Längsrichtung der Durchgangseinheit 304 angeordnet sind, kann selbst im Fall einer langen Durchgangseinheit 304 eine hohe Genauigkeit bei der Positionierung der Betätigungseinheiten 321 an der Durchgangseinheit 304 erreicht werden. Darum können gute Tintenausspritzergebnisse erreicht werden, und der Produktionsertrag der Tintenstrahlköpfe 301 kann deutlich gesteigert werden. Indem die piezoelektrischen Lagen 341 bis 343 zwischen den gemeinsamen Elektroden 334a und 334b und den einzelnen Elektroden 335a und 335b angeordnet werden, kann außerdem das Volumen jeder Druckkammer 310 problemlos durch den piezoelektrischen Effekt verändert werden. Des Weiteren können die piezoelektrischen Lagen 341 bis 343, die aktive Schichten enthalten, auf einfache Weise hergestellt werden, weil sie kontinuierliche flache Schichten sind. Weil des Weiteren eine Betätigungseinheit 321 mit einem unimorphen Aufbau bereitgestellt wird, bei dem die piezoelektrischen Lagen 344 und 345 nahe jeder Druckkammer 310 inaktiv sind und die piezoelektrischen Lagen 341 bis 343, die von jeder Druckkammer 310 entfernt liegen, Schichten sind, die aktive Schichten enthal ten, kann die Änderung des Volumens jeder Druckkammer 310 durch den transversalen piezoelektrischen Effekt verstärkt werden, und es kann eine Senkung der an die einzelnen Elektroden 335a und 335b anzulegenden Spannung und/oder eine hohe Integration der Druckkammern 310 angestrebt werden. Des Weiteren können in der Durchgangseinheit 304 – weil eine große Anzahl von Druckkammern 310 nebeneinander in einer Matrix angeordnet sind – die vielen Druckkammern 310 mit einer hohen Dichte innerhalb einer relativ geringen Größe angeordnet werden.
In der vorliegenden Erfindung ist das Profil jeder Betätigungseinheit nicht auf ein Hexagon beschränkt. Das heißt, die Anzahl gerader Abschnitte L braucht nicht sechs zu sein, sondern kann auch fünf, sieben, acht oder mehr sein. Im Weiteren werden Modifizierungen des Profils jeder Betätigungseinheit anhand der 28 bis 30 beschrieben. Bei den unten beschriebenen Modifizierungen werden die gleichen Komponenten wie bei der oben beschriebenen dritten Ausführungsform jeweils mit den gleichen Bezugszahlen wie bei der dritten Ausführungsform bezeichnet.
29A ist eine Draufsicht auf einen Kopfhauptkörper, bei dem jede Betätigungseinheit in einer heptagonalen Form ausgebildet. 29B ist eine Draufsicht auf eine Betätigungseinheit, die in dem Kopfhauptkörper von 29A enthalten ist. Wie aus den 29A und 29B zu ersehen ist, sind in dieser Modifizierung die Komponenten des Kopfhauptkörpers 361 mit Ausnahme der Betätigungseinheiten 362 (in 29A sind sie von rechts nach links mit dem Bezugszahlen 362a, 362b, 362c bzw. 362d bezeichnet) wie jene des Kopfhauptkörpers 301 der Ausführungsform aufgebaut.
Wenden wir uns 29B zu. Jede Betätigungseinheit 362 hat ihr Profil, wobei eine Ecke eines Hexagons gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform entlang einer geraden Linie abgeschnitten wurde. Infolge dessen ist die Anzahl gerader Abschnitte L sieben (L8 bis L14), und was die Winkel jeder Ecke anbelangt, so sind die Winkel θ8 bis θ12 etwa 120°, und die Winkel θ13 und θ14 sind etwa 150°.
30A ist eine Draufsicht auf einen Kopfhauptkörper, bei dem jede Betätigungseinheit in einer oktagonalen Form ausgebildet ist. 30B ist eine Draufsicht auf eine Betätigungseinheit, die in dem Kopfhauptkörper von 30A enthalten ist. Wie aus den 30A und 30B zu ersehen ist, sind in dieser Modifizierung die Komponenten des Kopfhauptkörpers 371 mit Ausnahme der Betätigungseinheiten 372 (in der 30A sind sie von rechts nach links durch die Bezugszahlen 372a, 372b, 372c bzw. 372d bezeichnet) wie jene des Kopfhauptkörpers 301 der Ausführungsform aufgebaut.
Wenden wir uns 303 zu. Jede Betätigungseinheit 372 hat ihr Profil, bei dem zwei Ecken eines Hexagons gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform entlang gerader Linien abgeschnitten wurde. Infolge dessen ist die Anzahl gerader Abschnitte L acht (L15 bis L22), und was die Winkel jeder Ecke anbelangt, sind die Winkel θ15, θ16, θ19 und θ20 etwa 120°, und die Winkel θ17, θ18, θ21 und θ22 sind etwa 150°. Bei den oben beschriebenen zwei Modifizierungen lässt sich die Ecke schwerer abbrechen als im Fall der oben beschriebenen hexagonalen Betätigungseinheit 321, weil der Winkel jeder Ecke jedes abgeschnittenen Abschnitts 150° beträgt, was größer ist als bei der oben beschriebenen hexagonalen Betätigungseinheit 321.
31A ist eine Draufsicht auf einen Kopfhauptkörper, bei dem zwei Verbindungsabschnitte benachbarter gerader Abschnitte L in der Betätigungseinheit der oben beschriebenen Ausführungsform als gerundete Abschnitte F ausgebildet sind. 31B ist eine Draufsicht auf eine Betätigungseinheit, die in dem Kopfhauptkörper von 31A enthalten ist. Wie aus den 31A und 31B zu ersehen ist, sind bei dieser Modifizierung die Komponenten des Kopfhauptkör pers 381 mit Ausnahme der Betätigungseinheiten 382 (in 31A sind sie von rechts nach links durch die Bezugszahlen 382a, 382b, 382c bzw. 382d bezeichnet) wie jene des Kopfhauptkörpers 301 des Referenzbeispieles aufgebaut.
Wenden wir uns 31B zu. Jede Betätigungseinheit 382 hat sechs gerade Abschnitte L23 bis L28. Zwei Verbindungsabschnitte benachbarter gerader Abschnitte L (L23 und L28 sowie L25 und L26) in der Betätigungseinheit 382 sind als gerundete Abschnitte F ausgebildet, wo benachbarte gerade Abschnitte L glatt miteinander verbunden sind. Jeder gerundete Abschnitt F lässt sich nur sehr schwer abbrechen. Des Weiteren ist in diesem Fall der Winkel zwischen allen benachbarten geraden Abschnitten L, einschließlich zweier gerader Abschnitte auf beiden Seiten jedes gerundeten Abschnitts F (θ23 bis θ27), größer als 90° (etwa 120°).
Als nächstes wird ein anderes Beispiel nützlich zum Verständnis der vorliegenden Erfindung anhand von 32 beschrieben. Bei dem Tintenstrahlkopf und dem Tintenstrahldrucker gemäß dieses Beispieles wird – weil die Teile mit Ausnahme des Kopfhauptkörpers denen der oben beschriebenen ähneln – hier auf ihre detaillierte Beschreibung verzichtet.
Ein Kopfhauptkörper 401, wie in 32 veranschaulicht, enthält eine Durchgangseinheit 404, bei der eine große Anzahl von Druckkammern und eine große Anzahl von Tintenausspritzöffnungen wie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet sind. Zwei parallelogrammförmige Betätigungseinheiten 421 (in 32 sind die rechte und die linke durch die Bezugszahlen 421a bzw. 421b bezeichnet) sind nebeneinander auf die Oberseite der Durchgangseinheit 404 gebondet. Jede Betätigungseinheit 421 ist so angeordnet, dass sich ihre eine Seite B in der Längsrichtung des Kopfhauptkörpers 401 erstreckt. Die benachbarten Betätigungseinheiten 421 sind so angeordnet, dass sie in der seitli chen Richtung des Kopfhauptkörpers 401 aufeinander ausgerichtet sind, wobei ihre schrägen Seiten C nahe beieinander liegen. Zwei Betätigungseinheiten 421 überlappen einander teilweise in der seitlichen Richtung der Durchgangseinheit 404. Eine Tintenzufuhröffnung 402 ist in der Oberseite der Durchgangseinheit 404 offen. Die Tintenzufuhröffnung 402 ist über einen nicht-veranschaulichten Durchgang mit einer Tintenzufuhrquelle verbunden.
Auf die Oberseite jeder Betätigungseinheit 421 ist eine FGS 436 gebondet, um elektrische Signale an die einzelnen und die gemeinsamen Elektroden in der Betätigungseinheit 421 anzulegen. Auf jede FGS 436 ist ein Ansteuerungs-IC 432 gebondet, der als eine Treiberschaltung zum Erzeugen von Ansteuerungssignalen dient, die an die einzelnen Elektroden in der entsprechenden Betätigungseinheit 421 angelegt werden. Jede FGS 436 ist elektrisch mit einer Steuereinheit 440 verbunden, die eine CPU, einen RAM und einen ROM enthält. Die Steuereinheit 440 speist Druckdaten in jeden Ansteuerungs-IC 432 ein. Jeder Ansteuerungs-IC 432 erzeugt auf der Grundlage der Druckdaten Ansteuerungssignale für einzelne Elektroden.
In jeder Betätigungseinheit 421 befinden sich zwei Bereiche P21 und P22. Von diesen hat der Basisbereich P21 eine parallelogrammartige Form, und seine Seiten verlaufen parallel zu den jeweiligen Seiten der entsprechenden Betätigungseinheit 421. Die Breite des Basisbereichs P21 ist etwas kürzer als die Seite B der Betätigungseinheit 421, und seine Länge misst etwa ¾ der Seite C der Betätigungseinheit 421. In 32 ist der Basisbereich P21 in einem oberen Abschnitt der Betätigungseinheit 421 angeordnet. Der zusätzliche Bereich P22 hat eine parallelogrammartige Form, und seine Seiten verlaufen parallel zu den jeweiligen Seiten der entsprechenden Betätigungseinheit 421. Der zusätzliche Bereich P22 hat die gleiche Breite wie der Basisbereich P21 und ist auf der unteren Seite des Basisbereichs P21 angeordnet. Der zusätzliche Bereich P22 ist in zwei Teilbereiche P22a und P22b unterteilt, von denen jeder eine parallelogrammartige Form aufweist, deren Seiten parallel zu den jeweiligen Seiten der Betätigungseinheit 421 verlaufen. Die Breite des Teilbereichs P22a misst etwa 1/5 der Seite B der Betätigungseinheit 421, und seine Länge misst etwa 1/5 der Seite C der Betätigungseinheit 421. In 32 befindet sich der Teilbereich P22a in unmittelbarer Nähe des unteren linken spitzwinkligen Abschnitts der Betätigungseinheit 421. Die Breite des Teilbereichs P22b misst etwa 3/5 der Seite B der Betätigungseinheit 421, und seine Länge misst etwa 1/5 der Seite C der Betätigungseinheit 421. In 32 befindet sich der Teilbereich P22b auf der unteren Seite des Basisbereichs P21 und auf der rechten Seite des Teilbereichs P22a.
In jedem des Basisbereichs P21 und der Teilbereiche P22a und P22b des zusätzlichen Bereichs P22 sind eine große Anzahl von Druckerzeugungsabschnitten nebeneinander in einer Matrix in der Längsrichtung der Durchgangseinheit 404 und entlang der Seite C des Parallelogramms angeordnet. Druckkammern und Tintendurchgänge, die Düsen enthalten, sind in der Durchgangseinheit 404 entsprechend den jeweiligen Druckerzeugungsabschnitten ausgebildet.
Wenn die zwei Betätigungseinheiten 421a und 421b, die wie oben beschrieben aufgebaut sind, in einer Reihe in der Längsrichtung der Durchgangseinheit 404 angeordnet werden, wie in 32 veranschaulicht, so wird ein Bereich (schraffierter Bereich G in 32), wo keine Druckerzeugungsabschnitte vorhanden sind, nahe dem Nahtabschnitt zwischen den Betätigungseinheiten 421a und 421b ausgebildet. Wenn die einzigen Druckerzeugungsabschnitte in dem Basisbereich P11 berücksichtigt werden, so ist die Anzahl der Druckerzeugungsabschnitte in der seitlichen Richtung der Durchgangseinheit 404 in der unmittelbaren Umgebung des Nahtabschnitts kleiner als in dem Abschnitt, der nicht die unmittelbare Umgebung des Nahtabschnitts bildet.
Wenn also in diesem Beispiel das Merkmal genutzt wird, dass der Teilbereich P22a des zusätzlichen Bereichs P22, der sich auf der unteren Seite des Basisbereichs P21 befindet, so angeordnet ist, dass er dem Bereich G entspricht, wo keine Druckerzeugungsabschnitte vorhanden sind, nahe dem Nahtabschnitt und in der seitlichen Richtung der Durchgangseinheit 404, so steuert die Steuereinheit 440 jeden Ansteuerungs-IC 432 beim Drucken so, dass Druckerzeugungsabschnitte in dem Basisbereich P21 und in dem Teilbereich P22a des zusätzlichen Bereichs P22 angesteuert werden und keine Druckerzeugungsabschnitte in dem Teilbereich P22b des zusätzlichen Bereichs P22 angesteuert werden. Dadurch ist – weil die Druckerzeugungsabschnitte in der Betätigungseinheit 421 in einem Bereich mit im Wesentlichen der gleichen Form wie in der Betätigungseinheit 221 von 18 angeordnet sind – die Anzahl der Druckerzeugungsabschnitte in der Durchgangseinheit 404 in der unmittelbaren Umgebung des Nahtabschnitts die gleiche wie in dem anderen Abschnitt. Das heißt, weil die Druckerzeugungsabschnitte des Teilbereichs P22a des zusätzlichen Bereichs P22 so angeordnet sind, dass sie dem Lückenabschnitt zwischen den Druckerzeugungsabschnitten des Basisbereichs P21, der sich in einer Betätigungseinheit 421a befindet, und den Druckerzeugungsabschnitten des Basisbereichs P21, der sich in der benachbarten Betätigungseinheit 421b befindet, entsprechen, kann der Kopfhauptkörper 401 mit der Fähigkeit ausgestattet werden, über die gesamte Längsrichtung der Durchgangseinheit unterbrechungsfrei zu drucken, ohne eine weitere Betätigungseinheit zum Ausspritzen von Tinte durch den Lückenabschnitt hindurch bereitstellen zu müssen. Weil des Weiteren der Druckerzeugungsabschnittsbildungsbereich in jeder Betätigungseinheit 421 eine ähnliche Form hat wie die Betätigungseinheit 421, kann es kaum zu Problem des Verziehens, Verbiegens oder dergleichen der Betätigungseinheit 421 kommen.
Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, brauchen in diesem Beispiel keine Tintendurchgänge in dem Abschnitt der Durchgangseinheit 404, der dem Teilbereich P22b des zusätzlichen Bereichs P22 entspricht, vorhanden zu sein.
Die Materialien jeder piezoelektrischen Lage und jeder Elektrode sind nicht auf die oben beschriebenen beschränkt. Sie können gegen andere bekannte Materialien ausgetauscht werden. Die in Draufsicht- und Schnittansichten dargestellten Formen jeder Druckkammer, die Anordnung der Druckkammern, die Anzahl der piezoelektrischen Lagen, die aktive Schichten enthalten, die Anzahl der inaktiven Schichten usw. können der Zweckmäßigkeit entsprechend geändert werden. Jede piezoelektrische Lage, die aktive Schichten enthält, kann eine andere Dicke haben als jede inaktive Schicht.
Des Weiteren ist jede Betätigungseinheit so aufgebaut, dass einzelne und gemeinsame Elektroden auf einer piezoelektrischen Lage angeordnet sind. Aber eine solche Betätigungseinheit braucht nicht immer an die Durchgangseinheit gebondet zu sein. Es kann auch jede andere Betätigungseinheit verwendet werden, wenn sie die Volumen der jeweiligen Druckkammern separat ändern kann. Des Weiteren sind Druckkammern in einer Matrix angeordnet. Aber die Druckkammern können auch in einer oder mehreren Reihen angeordnet sein. Und obgleich in der oben beschriebenen Ausführungsform jede inaktive Schicht aus einer piezoelektrischen Lage besteht, kann die inaktive Schicht auch aus einer isolierenden Lage bestehen, bei der es sich um keine piezoelektrische Lage handelt.

Claims

Tintenstrahlkopf mit: einer Durchgangseinheit (304) mit einer Mehrzahl von Druckkammern (310), von denen jede mit einer Düse (308) zum Ausstoßen von Tinte in Verbindung steht, wobei die Mehrzahl von Druckkammern (310) entlang einer Ebene so angeordnet ist, daß sie einander benachbart sind; und einer Betätigungseinheit (321), die an einer Oberfläche der Durchgangseinheit (304) befestigt ist, zum Ändern des Volumens einer jeden der Druckkammern (310), wobei sich die Betätigungseinheit (321) entlang der Druckkammern (310) erstreckt, worin die Betätigungseinheit (321) eine Mehrzahl von Druckerzeugungsabschnitten enthält, die entsprechend den Druckkammern (310) entsprechen, und worin die Betätigungseinheit (321) ein polygonales Profil aufweist, gekennzeichnet durch fünf oder mehr gerade Seiten (L1–L6), wobei jede der geraden Seiten (L1–L6) mit einer benachbarten geraden Seite (L1–L6) durch entweder einen rechten Winkel oder einen stumpfen Winkel innen verbunden ist.
Tintenstrahlkopf nach Anspruch 1, bei dem eine Mehrzahl von Betätigungseinheiten (321) entlang der Längsrichtung der Durchgangseinheit angeordnet ist.
Tintenstrahlkopf nach Anspruch 1 oder 2, bei dem mindestens einer von Verbindungsabschnitten (F) der geraden Seiten (L23–L28) gerundet ist.